CN117744358A - 一种相控阵探头参数优化方法、系统、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相控阵探头参数优化方法、系统、设备及介质，涉及特种设备检测领域，所述方法包括：确定压力管道信息；采用超声仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图；每组相控阵探头参数均包括：相控阵探头的阵元个数、阵元激发孔径和阵元激发频率；根据仿真效果图和压力管道信息确定相控阵探头参数的初步选取范围；从初步选取范围中确定多组相控阵探头参数的取值；采用模糊综合评价法从多组相控阵探头参数的取值中确定一组相控阵探头参数的最优取值；最优取值为评价因素集得分最高的一组相控阵探头参数的取值。本发明能快速准确地确定相控阵探头参数。

Description

一种相控阵探头参数优化方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明涉及特种设备检测领域，特别是涉及一种相控阵探头参数优化方法、系统、设备及介质。

背景技术

由于压力管道内壁点腐蚀腐蚀凹坑的结构特殊性，常规超声测厚往往难以发现。点腐蚀缺陷的扩展，严重影响了压力管道的安全运行，多家化工企业发生过因点腐蚀穿孔导致物料泄漏的事故。

相控阵技术通过聚焦算法实现了目标区域内的聚焦，极大的提高了成像分辨力和缺陷形貌的表征能力。影响缺陷成像的因素众多，相控阵探头类型和检测参数、楔块及缺陷的大小、深度、形状等都会影响最终的成像结果。其中相控阵探头需要在实际开展检测前确定，对缺陷能否成功检出起到了关键作用，若相控阵探头的参数选择不当将会产生旁瓣、栅瓣甚至伪像，严重影响成像质量。

目前，通常根据工程经验和现有的标准对相控阵探头的参数进行人工选择，其效率和准确性都有待提升。

发明内容

基于此，本发明实施例提供一种相控阵探头参数优化方法、系统、设备及介质，能快速准确地确定相控阵探头参数。

为实现上述目的，本发明实施例提供了如下方案：

一种相控阵探头参数优化方法，包括：

确定压力管道信息；所述压力管道信息包括压力管道的规格和点腐蚀缺陷类型；

采用超声仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图；每组所述相控阵探头参数均包括：相控阵探头的阵元个数、阵元激发孔径和阵元激发频率；

根据所述仿真效果图和所述压力管道信息确定相控阵探头参数的初步选取范围；

从所述初步选取范围中确定多组相控阵探头参数的取值；

采用模糊综合评价法从多组相控阵探头参数的取值中确定一组相控阵探头参数的最优取值；所述最优取值为评价因素集得分最高的一组相控阵探头参数的取值；所述评价因素集包括：缺陷形貌还原程度、相控阵探头设计的性价比、点腐蚀深度的准确性和点腐蚀直径的准确性。

可选地，采用模糊综合评价法从多组相控阵探头参数的取值中确定一组相控阵探头参数的最优取值，具体包括：

确定每一组相控阵探头参数的取值的评价因素集、评价等级集和权重向量；所述权重向量表征评价因素集中各评价因素的重要性程度；

对于任一组相控阵探头参数的取值，对所述评价因素集中的各个评价因素分别进行单因素评价，确定各个评价因素对所述评价等级集中每个评价等级的隶属度，得到每个评价因素的评判集；

对于任一组相控阵探头参数的取值，根据评价因素集中所有评价因素的评判集构建模糊评价矩阵；

对于任一组相控阵探头参数的取值，根据所述模糊评价矩阵和所述权重向量，采用模糊算子进行模糊变换，得到评判向量，并根据所述评判向量确定得分；

将得分最高的一组相控阵探头参数的取值确定为相控阵探头参数的最优取值。

可选地，相控阵探头参数的初步选取范围，包括：

若压力管道的板厚度为2mm-6mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于4，阵元激发孔径初步选取范围为2mm-6mm，阵元激发频率初步选取范围为7.5MHz-15MHz；

若压力管道的板厚度为6mm-20mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于8，阵元激发孔径初步选取范围为4mm-8mm，阵元激发频率初步选取范围为5MHz-10MHz；

若压力管道的板厚度为20mm-60mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于12，阵元激发孔径初步选取范围为6mm-16mm，阵元激发频率初步选取范围为3.5MHz-7.5MHz；

若压力管道的板厚度大于60mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于16，阵元激发孔径初步选取范围为大于或等于12mm，阵元激发频率初步选取范围为2MHz-5MHz。

可选地，所述评判向量为：

Q＝BοR；

其中，Q表示评判向量；B表示权重向量；R表示模糊评价矩阵；ο表示乘积运算。

可选地，采用超声仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图，具体包括：

采用CIVA仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图。

本发明还提供了一种相控阵探头参数优化系统，包括：

信息确定模块，用于确定压力管道信息；所述压力管道信息包括压力管道的规格和点腐蚀缺陷类型；

超声仿真模块，用于采用超声仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图；每组所述相控阵探头参数均包括：相控阵探头的阵元个数、阵元激发孔径和阵元激发频率；

参数初步选取模块，用于根据所述仿真效果图和所述压力管道信息确定相控阵探头参数的初步选取范围；

参数组确定模块，用于从所述初步选取范围中确定多组相控阵探头参数的取值；

参数优化模块，用于采用模糊综合评价法从多组相控阵探头参数的取值中确定一组相控阵探头参数的最优取值；所述最优取值为评价因素集得分最高的一组相控阵探头参数的取值；所述评价因素集包括：缺陷形貌还原程度、相控阵探头设计的性价比、点腐蚀深度的准确性和点腐蚀直径的准确性。

本发明还提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的相控阵探头参数优化方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的相控阵探头参数优化方法。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明实施例采用超声仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，从而确定相控阵探头参数的初步选取范围，基于初步选取范围，采用模糊综合评价法确定相控阵探头参数的最优取值，超声仿真和模糊综合评价法能快速准确地确定相控阵探头参数，从而快速得到最优相控阵探头设计方案，使压力管道点腐蚀的检测更加精准，探头性价比更高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的相控阵探头参数优化方法的流程图；

图2为相控阵探头检测位置及缺陷位置示意图；

图3为不同阵元数量下的点蚀成像图；

图4为不同阵元宽度下的点蚀成像图；

图5为不同激发频率下的点蚀成像图；

图6为缺陷形貌比对图；

图7为不同阵元个数下的阵元得分示意图；

图8为本发明实施例提供的相控阵探头参数优化系统的结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。

本发明的目的是提供一种相控阵探头参数优化方法、系统、设备及介质，通过超声仿真和模糊综合评价法，快速准确地实现相控阵探头参数的优化。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

点蚀常发生于易钝化的金属，当金属表面存在局部缺陷，接触cl-等酸性环境会造成钝化膜局部破坏形成小孔腐蚀。压力管道仿真选用外径108mm，内径88mm，长度为200mm的钢制管道，点蚀形状采用半球形孔。

在探头形状方面确定选择线阵探头，线阵探头是管道超声相控阵检测时最常用的探头，阵列沿管子轴线方向布置，通过凸面楔块耦合配合手工扫查方式，聚焦性能良好，可以获得较好的成像效果，是一种低成本的检测方法。半球形孔缺陷布置在管道内壁，线阵探头布置于缺陷正上方，选择纵波垂直入射取缺陷的截面观察，具体如图2所示。其中图2的(a)部分为三维视图，图2的(b)部分为正视图，图2的(c)部分为侧视图。为了便于缺陷尺寸的测量，在仿真软件中选取正视图做为点腐蚀缺陷的测量视图。

相控阵探头自身的检测参数、楔块的匹配度、缺陷直径、深度和形状等因素都会影响成像结果。检测方案的制定通常包括楔块和探头的选择，其中楔块由管道的弧度决定，不同直径的管道需要根据实际情况选择不同弧度的楔块，探头的选择需要综合考虑多种因素，本方案主要对相控阵探头进行研究，选取探头的三个主要参数：阵元(晶片)数量、阵元激发孔径和激发频率，对压力管道内壁点蚀缺陷的相控阵成像能力进行仿真研究。阵元激发孔径为阵元宽度与阵元数量的乘积。

图3所示为半球形孔在激发频率为5MHz，阵元宽度为0.3mm，不同阵元个数下的B扫图，即回波合成图的主视图。图3的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)部分分别对应8阵元、16阵元、32阵元、64阵元和128阵元的B扫图。由图3可以明显看到缺陷的成像效果与阵元个数呈正相关，8、16、32阵元成像效果差，难以识别半球型状，64阵元成像效果较好，128阵元成像效果最佳，(这是因为随着阵元个数的增加，旁瓣的幅值降低使得对比分辨率增加，阵元越多成像效果越清晰)。但是过多的通道使其硬件成本高价格昂贵，因此在实际应用中需要综合考量选取合适的阵元数量。

图4所示为半球形平底孔在激发频率为10MHz，阵元个数为64个，不同阵元宽度下的缺陷响应图，图4中的(a)、(b)、(c)三部分对应的阵元宽度分别为0.3mm、0.6mm和1.2mm。由图4可以看出阵元宽度与成像效果呈负相关，0.3mm阵元宽度成像效果极佳。但是过小的阵元宽度需要更多的阵元个数来激发以提高超声检测灵敏度，这对仪器性能提出了更高的要求。

典型阵列探头的频率范围为1MHz到17MHz，穿透性能随着频率的降低而增加，分辨率及聚焦锐利度则会随着频率的升高而增加。图5所示为半球形孔在阵元宽度为0.3mm，阵元个数为32个，不同激发频率下的缺陷响应图。图5中的(a)、(b)、(c)三部分对应的激发频率分别为2.5MHZ、5MHZ和10MHZ，由图5可以看出，随着激发频率的增加，点腐蚀缺陷成像形貌更加精准，但检测灵敏度有所下降。因此，在保证检测灵敏度的前提下，激发频率与成像效果呈正相关。

因此，很有必要提出一种评价方法，通过该评价方法可以实现压力管道点腐蚀缺陷相控阵检测参数的优化配置，大大减少仿真的工作量。

综上所述，采用超声仿真方法，可以得到一定相控阵参数范围内的几个典型仿真图像。以这几组典型图像为依据，接着引入评价方法，评价内容涉及缺陷的形貌特征、缺陷的定量精度和相控阵探头的性价比。

最后，基于上述评价条件的考虑，根据评价结果能得到一组最为理想的相控阵参数。以此参数的相控阵实施压力管道点腐蚀检测，不仅可以较好的识别点腐蚀缺陷，还可以对点腐蚀进行精确测量，且具有较高的性价比。下面给出几个实施例对本发明的方案进行说明。

实施例一

参见图1，本实施例的相控阵探头参数优化方法，包括：

步骤101：确定压力管道信息；所述压力管道信息包括压力管道的规格和点腐蚀缺陷类型。其中，压力管道的规格包括：压力管道的厚度等。

步骤102：采用超声仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图；每组所述相控阵探头参数均包括：相控阵探头的阵元个数、阵元激发孔径和阵元激发频率。

其中，超声仿真软件可选用CIVA仿真软件。

步骤103：根据所述仿真效果图和所述压力管道信息确定相控阵探头参数的初步选取范围。

初步选取方法如下：

(1)阵元个数。选取一系列典型的激励阵元作为相控阵探头的激发参数进行超声仿真，如4、8、16、32、64、128和256阵元。一般厚板压力管道选取的一次激励阵元个数较多。

(2)阵元宽度。合理选择相控阵的阵元宽度，一般建议阵元宽度小于超声波频率，使得相控阵探头激发的声场旁瓣较小，无栅瓣，成像质量较高。所检测的压力管道越厚，相控阵的孔径(阵元宽度与阵元个数的乘积)应选择的越大。

(3)阵元激发频率。为了提高检测分辨力，一般薄板压力管道选取频率较高。为了减少超声波的衰减，厚板压力管道的频率选择相对较低。

采用上述初步选取方法，得到的相控阵探头参数的初步选取范围，包括：

①若压力管道的板厚度为2mm-6mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于4，阵元激发孔径初步选取范围为2mm-6mm，阵元激发频率初步选取范围为7.5MHz-15MHz。

②若压力管道的板厚度为6mm-20mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于8，阵元激发孔径初步选取范围为4mm-8mm，阵元激发频率初步选取范围为5MHz-10MHz。

③若压力管道的板厚度为20mm-60mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于12，阵元激发孔径初步选取范围为6mm-16mm，阵元激发频率初步选取范围为3.5MHz-7.5MHz。

④若压力管道的板厚度大于60mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于16，阵元激发孔径初步选取范围为大于或等于12mm，阵元激发频率初步选取范围为2MHz-5MHz。

此外，压力管道的板厚度等于6mm时，选用①和②均可，压力管道的板厚度等于20mm时，选用②和③均可，压力管道的板厚度等于60mm时，选用③和④均可。

本步骤的选取相控阵探头参数的方法，能基本满足压力管道点腐蚀缺陷的检测需求。但为了选取更优的检测方案，仍需对上述相控阵探头参数的初步选取范围进行评价，从而使点腐蚀缺陷图像形貌、定量精度和探头性价比等综合指标达到最优。

步骤104：从所述初步选取范围中确定多组相控阵探头参数的取值。

步骤105：采用模糊综合评价法从多组相控阵探头参数的取值中确定一组相控阵探头参数的最优取值；所述最优取值为评价因素集得分最高的一组相控阵探头参数的取值。

所述评价因素集包括：缺陷形貌还原程度、相控阵探头设计的性价比、点腐蚀深度的准确性和点腐蚀直径的准确性。

具体的，在CIVA中使用相控阵检测方法对压力管道内壁点蚀缺陷进行仿真时发现：不同的检测参数下点蚀的成像能力各不相同。虽然相控阵检测可以提供更丰富的缺陷图像信息，但是很难对图像用单一的指标量化评价，有些成像图虽然可以较好地测出缺陷深度，但是却没有还原缺陷形貌，如图6的(a)部分所示。有些成像图虽然还原了缺陷形貌，但是却无法准确测量缺陷直径，如图6的(b)部分所示。在根据成像图测量直径、深度等数据时，由于边界的不确定性不同测量人员测出的数据也各不相同。除了缺陷的测深准确性和测直径的准确性是必须考虑的因素，在实际应用中还需要考虑探头的生产水平、性价比等因素。

因此有必要对缺陷响应图进行模糊综合评价，模糊综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题。

一级模糊综合评价模型是单层次的，评价因素结构简单，因此常常被选用来进行综合评价。通过构建模糊子集对所有评价因素进行模糊量化，利用模糊变化原理对各影响因素综合评判得到综合评价指标。

基于上述描述，步骤105基于模糊综合评价法实现的具体步骤如下：

(1)确定每一组相控阵探头参数的取值的评价因素集、评价等级集和权重向量；所述权重向量表征评价因素集中各评价因素的重要性程度。

具体的，确定被评价对象的m个影响因素，用评价因素集U＝{u₁，u₂，...，u_m}表示共选取了m个影响因素，选取的原则为切实可行、目的明确。

采用V＝{v₁,v₂,...,v_n}表示评价等级集，每一个评价等级v_j(j＝1,2,…,n)相当于一个模糊子集，n一般取奇数。

权重向量反映各项指标在综合评价中的重要性程度，每个因素集在评价中占的权重一般不相同，需要结合实际情况确定权重。用B＝(b₁,b₂,...b_m)表示权重的集合，其中b_i为第i个因素u_i对应的权重，

(2)对于任一组相控阵探头参数的取值，对所述评价因素集中的各个评价因素分别进行单因素评价，确定各个评价因素对所述评价等级集中每个评价等级的隶属度，得到每个评价因素的评判集。

具体的，邀请领域内的专家针对评价因素u_i(i＝1,2,...,m)进行单因素评价，确定u_i对评价等级v_j(j＝1,2,…,n)的隶属度r_ij，得出第i个因素u_i的单因素评判集：r_i＝(r_i1,r_i2…r_in)。

(3)对于任一组相控阵探头参数的取值，根据评价因素集中所有评价因素的评判集构建模糊评价矩阵。

具体的，m个评价因素的评判集构成总的模糊评价矩阵R：

(4)对于任一组相控阵探头参数的取值，根据所述模糊评价矩阵和所述权重向量，采用模糊算子进行模糊变换，得到评判向量，并根据所述评判向量确定得分。

具体的，通过模糊评价矩阵R和权重向量B的模糊变换得到评判向量Q。

设B＝(b_j)_1×m，R＝(r_ji)_m×n，

则： 需要选择适宜的模糊算子来进行模糊变化，通过M＝(·,⊕)或其他算子把B＝{b₁,b₂,...b_m}变成评价集V＝{v₁,v₂,...,v_n}上的模糊子集Q＝(q₁,q₂,...q_n)。

即所述评判向量为：

Q＝BοR；

其中，Q表示评判向量；B表示权重向量；R表示模糊评价矩阵；ο表示乘积运算。将评判向量Q(q₁,q₂,...q_n)进行去模糊化计算可得到最终得分。具体的，对每个评价等级赋值，对每个评价等级按照重要程度进行人工赋值。最后，根据根据人工赋予的重要程度值，采用公式F＝∑m_n×q_n计算模糊综合评价分数，m_n表示q_n对应的重要程度值，F表示模糊综合评价分数，即得分。

(5)将得分最高的一组相控阵探头参数的取值确定为相控阵探头参数的最优取值。

本实施例为了提高选择参数的准确性和应用性，选择缺陷形貌还原程度、相控阵探头设计的性价比、点腐蚀深度的准确性和点腐蚀直径的准确性四个评价指标，对不同相控阵探头参数下呈现的缺陷图进行定量打分，最终得到一套应用性强的压力管道内壁点蚀缺陷检测方案，有助于指导压力管道内壁点蚀检测方案的制定和现场检测工作开展。

首先确定检测对象，包括压力管道的规格、材料及点腐蚀的直径、深度和形貌。接着，采用超声CIVA仿真软件，确定不同相控阵参数对成像质量的影响。仿真内容包括缺陷模型的建立和成像效果图的获得。再者，通过模糊综合评价方法对检测参数进行评分，给出评价结果。同时，在仿真软件中测量得到仿真图像中的点腐蚀直径和深度误差。最后，采用模糊综合评价法获得点腐蚀相控阵检测的优化参数，从而确定检测方案。

本实施例基于超声仿真和模糊综合评价法实现压力管道点腐蚀相控阵探头参数的优化，通过该方法可以获得合适的相控阵探头参数，从而快速得到最优相控阵探头设计方案，使压力管道点腐蚀的检测更加精准，探头性价比更高。

下面对上述相控阵探头参数优化方法进行进一步说明，并给出一个具体示例对本方法的有效性进行验证。

本方法是压力管道点腐蚀缺陷的超声仿真和模糊综合评价法的参数优化方法，是一种相控阵参数的优化选取方法，使得选取检测的探头较为理想，能更加精确的测量出点腐蚀的尺寸，成像更能直观的反映出缺陷的真实形貌。

步骤一、确定管道规格、缺陷类型。

步骤二、超声仿真不同参数对成像影响。

通过对相控阵参数(阵元数量、阵元激发孔径和阵元激发频率)的初步仿真，得到了不同参数下的仿真效果图，从而得到不同参数对成像的影响。

根据超声仿真结果，总结了不同厚度下的压力管道点腐蚀检测参数选取方法。该方法给出了一定厚度检测范围之下的相控阵探头参数的初步选取范围。

步骤三、缺陷形貌特征还原。

点腐蚀缺陷形貌的还原指的是对缺陷的外形特征的检测图像还原情况。由于半球形腐蚀孔缺陷最接近压力管道点腐蚀的真实缺陷形貌，因此在超声仿真软件中采用了半球形腐蚀孔缺陷。选择合适的相控阵探头参数，则可以在仿真图像中获得半球形的超声回波信号。若选择参数不合理，则无法得到半球形的超声回波信号，甚至不能得到超声回波信号。

该半球形点腐蚀缺陷形貌的还原程度，将作为后续评价的依据。缺陷形貌特征还原为评价过程中因素集中的评价指标u₁，行业内专家将针对该评价指标u₁进行下一步评价等级集v₁～v₄的打分。

步骤四、模糊综合评价法的相控阵参数评价。

超声仿真所得的结果可以初步判断参数改变对图像的影响，但无法给出相控阵探头的最优方案。为了进一步分析阵元个数、阵元激发孔径和阵元激发频率等关键相控阵参数变化对点腐蚀检测图像的影响，以及探头制作性价比的影响，提出模糊综合评价方法。模糊综合评价模型需要在模糊评价矩阵中输入评价因素集、评价等级集和权重向量。最后给出综合评判，即以评分最高者作为相控阵探头的设计参数。

步骤五、确定最优探头设计方案。

在超声仿真的条件下，制定了基于仿真的相控阵探头参数选取初步方法，并确定了相控阵探头参数的初步选取范围，供压力管道点腐蚀相控阵检测参数的选择。该方法能适应一定区间范围内的相控阵探头参数选择。为了使点腐蚀缺陷图像形貌、定量精度和探头性价比等综合指标达到最优，采用模糊综合评价方法，分别对缺陷形貌还原程度、探头设计的性价比、测点腐蚀孔深的准确性和测点腐蚀直径准确性作为评价因素集，设置优、良、中和差作为四个评价等级集。针对因素集中的四个评价因素进行权重集分配，得到评价矩阵。经综合评判之后，确定相控阵探头参数的最终得分。将处于相控阵探头参数的初步选取范围中的多组相控阵探头参数进行模糊综合评价，得到一组分数最高的相控阵探头参数，即为确定的探头最佳检测方案。

以不同阵元个数下的缺陷响应图评价为例，列出影响缺陷定量的评价指标收集至模糊集合中，运用模糊综合评价法计算综合考虑多种因素后的图像得分，具体步骤如下：

(1)设评价因素集U＝{u₁,u₂,u₃,u₄}为反映成像质量的主要指标。其中①u₁缺陷形貌还原程度：是否能还原缺陷形貌；②u₂性价比：探头开发难度与探头性能之间的平衡；③u₃测深准确性：图像的边界是否清晰，可以准确测量深度；④u₄测直径准确性：图像的边界是否清晰，可以准确测量直径。

(2)设评价集V＝{v₁,v₂,v₃,v₄}为评价等级集。其中v₁为优，v₂为良，v₃为中，v₄为差。

(3)确定权重向量。更精准地对缺陷定量有益于提高评价的准确性，缺陷长度和深度的测量直接决定后续的安全评价结果，因此测量误差是最重要的考虑因素。阵元数量和阵元激发孔径的大小直接决定探头制造的难易程度和探头的开发成本，而探头价比也是实际检测应用中考虑较多因素。缺陷形貌的还原程度对缺陷的评价也非常重要，是需要考虑的一项因素。因此，对u₁,u₂,u₃,u₄赋予权重：

B＝(0.15,0.25,0.3,0.3)。

(4)构造模糊综合评价矩阵。通过专家打分对不同阵元个数下的仿真图片质量进行综合评价，同时计算得到各评价因素的隶属度向量，如表1所示。

表1不同评价因素的隶属度表

阵元为8的图片的模糊评价矩阵为：

(5)综合评判

根据模糊综合算法，使用M(·,⊕)算子将权重向量B与模糊评价矩阵V进行模糊变化，使用得到评价向量Q(q₁,q₂,q₃,q₄)：

进行去模糊化计算，对每个评价等级赋值m_i，四个评价等级为“优、良、中、差”，分别赋值“100，85，70，55”，根据公式F＝∑m_i×q_i计算模糊综合评价分数。经计算，阵元个数为8的图像得分为62.58。

同理可分别计算出阵元个数为16，32，64，128时的成像得分，并绘制折线图如图7所示。从8阵元到16阵元的得分上升趋势最快，从图7中可以看出8阵元既没有还原缺陷形貌，也无法确定缺陷深度，而16阵元图中缺陷最深处颜色最深，已经可以测得缺陷深度。除此之外，从图7中还发现64阵元和128阵元的得分接近，结合仿真和实际情况思考，128阵元和64阵元都能确定缺陷深度并大致还原缺陷形貌，64阵元的性价比将对较高因此得分与128阵元接近。因此，阵元个数在64至128之间存在一个相对优解，既保证了缺陷的定量精确度又尽量减少阵元的开发成本。

实施例二

为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种相控阵探头参数优化系统。

参见图8，所述系统，包括：

信息确定模块201，用于确定压力管道信息；所述压力管道信息包括压力管道的规格和点腐蚀缺陷类型。

超声仿真模块202，用于采用超声仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图；每组所述相控阵探头参数均包括：相控阵探头的阵元个数、阵元激发孔径和阵元激发频率。

参数初步选取模块203，用于根据所述仿真效果图和所述压力管道信息确定相控阵探头参数的初步选取范围。

参数组确定模块204，用于从所述初步选取范围中确定多组相控阵探头参数的取值。

参数优化模块205，用于采用模糊综合评价法从多组相控阵探头参数的取值中确定一组相控阵探头参数的最优取值；所述最优取值为评价因素集得分最高的一组相控阵探头参数的取值；所述评价因素集包括：缺陷形貌还原程度、相控阵探头设计的性价比、点腐蚀深度的准确性和点腐蚀直径的准确性。

本实施例的系统，可以指导相控阵探头参数的选用，便于压力管道内壁点状腐蚀缺陷的精确检测。

实施例三

本实施例提供一种电子设备，包括存储器及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的相控阵探头参数优化方法。

可选地，上述电子设备可以是服务器。

另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的相控阵探头参数优化方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种相控阵探头参数优化方法，其特征在于，包括：

确定压力管道信息；所述压力管道信息包括压力管道的规格和点腐蚀缺陷类型；

采用超声仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图；每组所述相控阵探头参数均包括：相控阵探头的阵元个数、阵元激发孔径和阵元激发频率；

根据所述仿真效果图和所述压力管道信息确定相控阵探头参数的初步选取范围；

从所述初步选取范围中确定多组相控阵探头参数的取值；

采用模糊综合评价法从多组相控阵探头参数的取值中确定一组相控阵探头参数的最优取值；所述最优取值为评价因素集得分最高的一组相控阵探头参数的取值；所述评价因素集包括：缺陷形貌还原程度、相控阵探头设计的性价比、点腐蚀深度的准确性和点腐蚀直径的准确性。

2.根据权利要求1所述的相控阵探头参数优化方法，其特征在于，采用模糊综合评价法从多组相控阵探头参数的取值中确定一组相控阵探头参数的最优取值，具体包括：

确定每一组相控阵探头参数的取值的评价因素集、评价等级集和权重向量；所述权重向量表征评价因素集中各评价因素的重要性程度；

对于任一组相控阵探头参数的取值，对所述评价因素集中的各个评价因素分别进行单因素评价，确定各个评价因素对所述评价等级集中每个评价等级的隶属度，得到每个评价因素的评判集；

对于任一组相控阵探头参数的取值，根据评价因素集中所有评价因素的评判集构建模糊评价矩阵；

对于任一组相控阵探头参数的取值，根据所述模糊评价矩阵和所述权重向量，采用模糊算子进行模糊变换，得到评判向量，并根据所述评判向量确定得分；

将得分最高的一组相控阵探头参数的取值确定为相控阵探头参数的最优取值。

3.根据权利要求1所述的相控阵探头参数优化方法，其特征在于，相控阵探头参数的初步选取范围，包括：

若压力管道的板厚度为2mm-6mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于4，阵元激发孔径初步选取范围为2mm-6mm，阵元激发频率初步选取范围为7.5MHz-15MHz；

若压力管道的板厚度为6mm-20mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于8，阵元激发孔径初步选取范围为4mm-8mm，阵元激发频率初步选取范围为5MHz-10MHz；

若压力管道的板厚度为20mm-60mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于12，阵元激发孔径初步选取范围为6mm-16mm，阵元激发频率初步选取范围为3.5MHz-7.5MHz；

若压力管道的板厚度大于60mm，则阵元个数的初步选取范围为大于或等于16，阵元激发孔径初步选取范围为大于或等于12mm，阵元激发频率初步选取范围为2MHz-5MHz。

4.根据权利要求2所述的相控阵探头参数优化方法，其特征在于，所述评判向量为：

其中，Q表示评判向量；B表示权重向量；R表示模糊评价矩阵；°表示乘积运算。

5.根据权利要求1所述的相控阵探头参数优化方法，其特征在于，采用超声仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图，具体包括：

采用CIVA仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图。

6.一种相控阵探头参数优化系统，其特征在于，包括：

信息确定模块，用于确定压力管道信息；所述压力管道信息包括压力管道的规格和点腐蚀缺陷类型；

超声仿真模块，用于采用超声仿真软件对不同组相控阵探头参数下的压力管道进行仿真，得到不同相控阵探头参数下的仿真效果图；每组所述相控阵探头参数均包括：相控阵探头的阵元个数、阵元激发孔径和阵元激发频率；

参数初步选取模块，用于根据所述仿真效果图和所述压力管道信息确定相控阵探头参数的初步选取范围；

参数组确定模块，用于从所述初步选取范围中确定多组相控阵探头参数的取值；

参数优化模块，用于采用模糊综合评价法从多组相控阵探头参数的取值中确定一组相控阵探头参数的最优取值；所述最优取值为评价因素集得分最高的一组相控阵探头参数的取值；所述评价因素集包括：缺陷形貌还原程度、相控阵探头设计的性价比、点腐蚀深度的准确性和点腐蚀直径的准确性。

7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至5中任一项所述的相控阵探头参数优化方法。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5中任一项所述的相控阵探头参数优化方法。