利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状的系统技术方案

利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状的系统，其系统构成的特点是包括有函数发生模块，输入介质参数生成适用于检测的具备设定中心频率及周期的单音频信号的模块；超声波收发模块，以其作为超声波发送单元向被测柱中发送超声波信号；或以其作为超声波接收单元，接收被测柱中缺陷的反射回波信号；三维缺陷形状重构模块，根据被测柱中缺陷的反射回波信号，重构柱结构中三维缺陷形状。本实用新型专利技术系统具有重构准确度高、操作简单、重构成本低等优点。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状的系统，属于无损检测领域。
技术介绍
随着我国现代化建设的发展，无论在高科技建设方面还是在基础设施建设方面，设施结 构安全检测都是一个不容忽视的环节。由于柱结构在复杂的服役环境中受到设计载荷的作用, 以及各种突发性外在因素的影响而面临结构中缺陷损伤程度的积累。随着时间的推移，有的 会发生严重的损伤，甚至导致断裂，由此会产生灾难性的后果。目前对结构中缺陷定性研究 的较多，而对其所含缺陷进行定量检测存在较大困难。超声波检测技术是一种在不损坏被检物的结构和使用性能的情况下，利用超声波的方法 来揭示其内部或表面存在的缺陷，以期提高被检物的内在质量和使用时的可靠性的一种技 术，近年来引起人们广泛关注。超声波检测作为一种既安全又经济的手段，受到工程技术人 员的青睐。现在，突飞猛进的高尖端技术在对材料的性能提出了更高要求的同时，要求材料 的检测手段有进一步的改进，提出了定量无损检测(QuantitativeNon-destructiveTest)的需要， 也就是不仅需要探测材料内部是否存在缺陷,而且需要定量地确定缺陷的几何特征(形状、尺 寸和取向)和材料性能,甚至缺陷的动态发展规律。但是，目前还没有相关的手段能达到这一 技术效果。
技术实现思路
本技术是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种利用超声波重构柱结构中三 维缺陷形状的系统，以便能够快速、准确、低成本地重构出柱结构中三维缺陷的形状。 本技术利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状的系统构成包括 函数发生模块，根据输入的介质参数生成适用于检测的具备设定中心频率及周期的单音 频信号的模块；超声波收发模块，以其作为超声波发送单元向被测柱中发送超声波信号；或以其作为超 声波接收单元，接收被测柱中缺陷的反射回波信号；三维缺陷形状重构模块，根据被测柱中缺陷的反射回波信号，重构柱结构中三维缺陷形状。转换开关模块，在工作模式1与工作模式2之间转换，其中工作模式1:函数发生器模块发送的超声波信号传递至超声波收发模块；工作模式2:超声波收发模块接收到的柱结构中缺陷反射回波信号导入三维缺陷形状重3构模块。本技术系统的结构特点也在于设置超声波收发模块于被测柱结构侧面，在所述被测柱结构中产生沿柱横截面传播的纵 波，以所述纵波在柱结构中遇到缺陷产生的回波信号作为超声波收发模块的接收信号。所述超声波收发模块针对被测柱结构表面的信号发射与接收的密度为沿同一截面上间 隔10° ，纵向间隔3mm。所述超声波收发模块为压电换能器或单晶探头。所述转换开关模块的电路结构设置为功率放大器通过一对背靠背二极管Dl、 D2 —路与 电桥B1相连，另一路先通过一对背靠背二极管D3、 D4—路接至传感器P2，另一路与电桥 B2相连；在所述电桥B2的输出回路中并联连接另一对背靠背二极管D5、 D6。与己有技术相比，本技术有益效果体现在1、 本技术利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状，为无损检测，不需破坏结构； 对于含三维缺陷的柱状结构，利用超声探头提取缺陷处反射回波信号，经信号处理后重构缺 陷形状；检测准确度高，误差能够满足工程要求，检测成本低。2、 本技术系统操作简单，工人劳动强度小，对操作工人的技术水平要求低。3、 本技术对于在实际工程中有广泛应用的柱状的杆等典型结构的检测具有很重要的工程意义，在在飞机、航天器、海洋平台、新型桥梁、网架结构、高层建筑等中都能体现 出其广泛的应用前景。附图说明图l为本方法的便携式终端装置模块示意图。图2a、图2b分别为利用本技术系统，激发频率为1.31MHz柱结构中圆柱形空穴反 射回波的时域波形图和频谱图。图3a、图3b分别为本技术方法的函数发生器模块中的检测条件设定窗口和发送波 形选择/显示窗口。图4为本方法的三维缺陷形状检测结果显示窗口。图5为控制方法流程图。图6为本技术转换开关模块电路原理图。以下通过具体实施方式，结合附图对本技术作进一步说明具体实施方式参见图l，本实施例中的系统构成主要包括函数发生模块，根据输入的介质参数生成适用于检测的具备设定中心频率及周期的单音 频信号的模块，可以采用高性能单片机和高速数/模转换芯片构成，也可由DSP芯片实现。超声波收发模块，以其作为超声波发送单元向被测柱中发送超声波信号；或以其作为超 声波接收单元，接收被测柱中缺陷的反射回波信号；可以采用压电换能器或单晶探头，比如 采用压电换能器，将压电换能器放置于柱结构的侧面，通过耦合剂如凡士林等与柱结构侧面 接触，在被测柱结构中产生沿柱横截面传播的纵波，以纵波在柱结构中遇到缺陷产生的回波 信号作为超声波收发模块的接收信号。三维缺陷形状重构模块，根据被测柱中缺陷的反射回波信号，重构柱结构中三维缺陷形状。转换开关模块，在工作模式1与工作模式2之间转换，其中 工作模式1:函数发生器模块发送的超声波信号传递至超声波收发模块； 工作模式2:超声波收发模块接收到的柱结构中缺陷反射回波信号导入三维缺陷形状重 构模块。具体实施中，系统设置还包括有功率放大模块，由前置放大器和集成功率放大器构成，用于放大由函数发生模块所产生 的波形信号，并通过转换开关传输给超声波收发模块；增益放大模块，用于将所接收到的柱结构中缺陷反射回波信号进行放大，最大放大率可达60dB。波形解析及显示模块，通过对反射回波信号的分析，提取缺陷反射回波信号，并将该信 号波形进行显示，三维缺陷形状重构模块通过将波形解析及显示模块的回波信号导入相应的 计算软件计算并显示三维缺陷形状。具体工作过程是将超声波收发模块安置于被测柱结构侧面，将柱结构介质相关参数输入函数发生器模块，函数发生器模块从自身储备数据库中选取适合该参数的信号，并产生脉冲信号，经功率放大模块进行放大后，再经由转换开关模块施加于超声波收发模块，超声波收发模块在柱结构中产生一个沿柱横截面传播的纵波，该纵波在柱结构中遇到缺陷产生的回波信号又传输到超声波收发模块，超声波收发模块通过转换开关模块将该信号传输给增益放大模块，增益放大模块放大信号后送入波形解析及显示模块，波形解析及显示模块通过分析反射回波信号，以数据的形式存储在存储器中，以备分析处理，提取缺陷反射回波处的信号，将回波信号导入三维缺陷形状重构模块，计算并显示三维缺陷的形状。 参见图6，转换开关模块由稳压电源和转换电路组成。稳压电源为转换电路提供正负15伏的直流稳压电，转换开关模块的电路结构设置为功 率放大器通过一对背靠背二极管D1、 D2—路与电桥B1相连，另一路先通过一对背靠背二 极管D3、 D4—路接至传感器P2，另一路与电桥B2相连；在所述电桥B2的输出回路中并联连接另一对背靠背二极管D5、 D6。这个电路的功能是在不使用继电器的情况下，自动完成激励接收模式的转换。继电器本 身具有固有的噪声，当继电器断开和闭合时会产生较大幅度的脉冲噪声，形成虚假信号，同时它会损坏后续精密的接收设备。该电路利用电桥及二极管的组合实现类似继电器的闭合、 断开之间的自动转换。转换开关模块如图6所示， 一个功率放大器通过一对背靠背的1N4004 二极管D1、 D2， 与电桥B1相连，这一回路在接收信号时起到隔离功率放大器的作用。1N4004 二极管本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状的系统，其特征在其系统构成中包括：　函数发生模块，根据输入的介质参数生成适用于检测的具备设定中心频率及周期的单音频信号的模块；　超声波收发模块，以其作为超声波发送单元向被测柱中发送超声波信号；或 以其作为超声波接收单元，接收被测柱中缺陷的反射回波信号；　三维缺陷形状重构模块，根据被测柱中缺陷的反射回波信号，重构柱结构中三维缺陷形状；　转换开关模块，在工作模式１与工作模式２之间转换，其中：　工作模式１：函数发生模块发 送的超声波信号传递至超声波收发模块；　工作模式２：超声波收发模块接收到的柱结构中缺陷反射回波信号导入三维缺陷形状重构模块。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑钢丰，郑礼全，李玲，
申请(专利权)人：郑钢丰，
类型：实用新型
国别省市：34[中国|安徽]