【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声检测，尤其涉及一种基于阵列探头的超声极扫描装置及方法。
技术介绍
1、超声极扫描(ups,ultrasonic polar scan)技术，即发射探头发射超声波以角度(θ,φ)斜入射到被检试样，然后接收探头以角度(θ,π+φ)接收超声回波信号，并记录被测试样界面反射回波的幅值，其中，θ取值范围为(0，π/2)，φ取值范围为(0，2π)，通过不断变换斜入射角度(θ,φ)，实现在极坐标下角度全覆盖的数据采集。采用该技术可以获得被测试样表面的超声幅值衰减特性，从而实现对各向异性材料晶体取向的测量以及静态损伤、疲劳损伤、金属材料应变等检测。
2、为了实现超声极扫描，需要利用两个超声单晶片探头，分别用于发射和接收，通过机械装置不断变换发射和接收探头的入射角度(θ,φ)，实现超声回波信号的采集，但存在机械装置复杂，极扫描花费时间长等问题。
3、阵列探头，由若干单晶片组成，每个晶片都可以被单独激励，通过改变每个晶片激励延迟时间，以电子方式控制超声声束的偏转和聚焦，在不改变阵列探头位置的情况下，即可实现多个角度或多点的超声扫描。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提出一种基于阵列探头的超声极扫描装置，通过电子扫描替代机械扫描，可有效提高极扫描的效率。具体采用如下技术方案：
2、一种基于阵列探头的超声极扫描装置，如图1所示，所述装置包括带有中央晶片的阵列探头、圆形试块盘、六自由度机械扫查装置、电动转盘、水槽；所述阵列探头设置于六自由度机械
3、在一些实施方式中，所述阵列探头为带有中央晶片的凹面圆弧形阵列晶片探头。
4、在一些实施方式中，所述阵列探头的阵元晶片在长度方向上为圆弧形。
5、在一些实施方式中，所述圆形试块盘为中央带有1个方形凹槽和1个圆形凹槽的试块盘。
6、一种基于阵列探头的超声极扫描方法，所述方法包括如下步骤：
7、s1.利用六自由度机械扫查装置调节阵列探头的角度和位置，使阵列探头中的中央晶片的声束轴线垂直于圆形试块盘的表面并与圆形试块盘的中心轴线重合，且中央晶片表面与被测试样表面的距离等于阵列探头的圆弧半径r；
8、s2.将电动转盘做归零动作，设置当前转盘角度θ0＝0°；
9、s3.采用相控阵线性电子扫查方式，阵列探头中的阵元晶片的数量为2n，从1号阵元晶片开始，每m个阵元晶片为一组激励超声信号，同时对称角度的m个阵元晶片接收超声信号，以1个阵元晶片为步进，则共采集n-m+1组超声信号；
10、s4.在完成一次相控阵线性电子扫查后，依次旋转电动转盘步进一次，直到电动转盘完成180°的角度循环，完成超声极扫描的数据采集。
11、在一些实施方式中，所述s1包括：
12、s101.将阵列探头垂直向下摆放于圆形试块盘上方，利用阵列探头中的中央晶片发射和接收超声信号，利用六自由度机械扫查装置调节阵列探头的角度，使接收的超声信号中圆形试块盘的反射回波幅值最高，此时认为阵列探头中的中央晶片的声束轴线垂直于圆形试块盘表面；
13、s102.在圆形试块盘的圆形凹槽中放置一个不锈钢圆球，将阵列探头中的中央晶片置于圆球上方，利用六自由度机械扫查装置调节阵列探头水平方向位置，使接收的超声信号中不锈钢圆球的反射回波幅值最高，此时认为阵列探头中的中央晶片的声束轴线与圆形试块盘的中心轴线重合；
14、s103.去掉圆形试块盘的圆形凹槽中的不锈钢圆球，在圆形试块盘的方形凹槽中放置与方形凹槽相同大小的被测试样，根据阵列探头中的中央晶片所接收的超声信号中被测试样的反射回波的时间信息，利用六自由度机械扫查装置调节阵列探头垂直方向位置，使阵列探头中的中央晶片的表面与被测试样表面的距离等于所述阵列探头的圆弧半径r。
15、在一些实施方式中，所述s3包括：
16、s301.控制相控阵超声探伤仪，使阵列探头中的1～m号阵元晶片为一组同时发射超声波，阵列探头中的(2n-m+1)～2n号阵元晶片同时接收超声信号，并将m个接收的超声信号进行相加处理，合成为一组超声信号g1；
17、s302.使阵列探头中的2～(m+1)号阵元晶片为一组同时发射超声波，阵列探头中的(2n-m)～(2n-1)号阵元晶片同时接收超声信号，并经过相加处理合成为一组超声信号g2；依次类推，使阵列探头中的i～(m+i-1)(i＝3,4,……,n-m+1)号阵元晶片为一组同时发射超声波，阵列探头的(2n-m-i+2)～(2n-i+1)号阵元晶片同时接收超声信号，并经过相加处理合成为一组超声信号gi，共可采集到n-m+1组超声信号。
18、在一些实施方式中，所述s4包括：在完成一次相控阵线性电子扫查后，使电动转盘自动旋转步进一个角度δθ，计为j，继续执行s3，完成在一个新的角度θ0+δθ*j下的超声数据采集。
19、在一些实施方式中，依次完成一次相控阵线性电子扫查并旋转电动转盘步进一次，直到电动转盘完成180°的角度循环，共执行了180/δθ次步进，完成超声极扫描的数据采集。
20、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
21、传统超声极扫描采用机械装置调节发射和接收探头的角度，存在机械装置复杂、极扫描花费时间长等问题。本专利技术提出采用阵列探头实现超声极扫描，通过创新性的阵列探头构造和电子扫描方式提高了超声极扫描的效率。
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1.一种基于阵列探头的超声极扫描装置，其特征在于，所述装置包括带有中央晶片的阵列探头、圆形试块盘、六自由度机械扫查装置、电动转盘、水槽；所述阵列探头设置于六自由度机械扫查装置的末端，所述圆形试块盘置于电动转盘中心位置上方，所述电动转盘置于水槽中，被测试样置于圆形试块盘上。
2.根据权利要求1所述的超声极扫描装置，其特征在于，所述阵列探头为带有中央晶片的凹面圆弧形阵列晶片探头。
3.根据权利要求2所述的超声极扫描装置，其特征在于，所述阵列探头的阵元晶片在长度方向上为圆弧形。
4.根据权利要求1所述的超声极扫描装置，其特征在于，所述圆形试块盘为中央带有1个方形凹槽和1个圆形凹槽的试块盘。
5.一种基于阵列探头的超声极扫描方法，其特征在于，根据权利要求1-4任一项所述的超声极扫描装置，所述方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的超声极扫描方法，其特征在于，所述S1包括：
7.根据权利要求5所述的超声极扫描方法，其特征在于，所述S3包括：
8.根据权利要求5所述的超声极扫描方法，其特征在于，所述S4包
9.根据权利要求8所述的超声极扫描方法，其特征在于，依次完成一次相控阵线性电子扫查并旋转电动转盘步进一次，直到电动转盘完成180°的角度循环，共执行了180/Δθ次步进，完成超声极扫描的数据采集。
...【技术特征摘要】
1.一种基于阵列探头的超声极扫描装置，其特征在于，所述装置包括带有中央晶片的阵列探头、圆形试块盘、六自由度机械扫查装置、电动转盘、水槽；所述阵列探头设置于六自由度机械扫查装置的末端，所述圆形试块盘置于电动转盘中心位置上方，所述电动转盘置于水槽中，被测试样置于圆形试块盘上。
2.根据权利要求1所述的超声极扫描装置，其特征在于，所述阵列探头为带有中央晶片的凹面圆弧形阵列晶片探头。
3.根据权利要求2所述的超声极扫描装置，其特征在于，所述阵列探头的阵元晶片在长度方向上为圆弧形。
4.根据权利要求1所述的超声极扫描装置，其特征在于，所述圆形试块盘为中央带有1个方形凹槽和1个圆形凹槽的试块盘。
5.一种基于阵列探头的超声极扫描方...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐娜，许路路，王东升，杨万新，刘颖韬，何方成，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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