文摘

在这篇文章中,一个圆柱形铝样品偏心圆孔准备,和超声波测量是由实验手段。测量区域仅限于一个平面边缘垂直于圆柱形的轴组件。测量的波形数据输入公式的近似修正方法,和部分图像是通过使用修改后的玻恩近似(MBA)方法。然后,三维(3 d)铝样品的形状缺陷被叠加横断面图像重建。结果表明,缺陷二维剖面的重建效果和3 d重建缺损的效果被MBA方法显著提高。

1。介绍

无损检测(NDT)和描述的缺陷,如裂缝和孔洞,是重要的在许多的分支行业(1- - - - - -4]。例子是新类型的桥梁、电网结构、高层建筑、航空航天工艺品。组件的质量直接影响到设备的性能和使用寿命。因此,无损检测技术不断完善5- - - - - -9]。圆柱形组件的无损检测是至关重要的。圆柱形组件有广泛的应用和巨大的市场潜力。几个孔几何图形,准确反演公式可以派生假设散射是玻恩近似足够弱(BA) (10- - - - - -13)举行,只观察到反向散射。此问题的解决方案不需要远场近似。这个条件是很重要的,因为古典出生反演程序,这可能是最简单、最有名的化身逆散射问题,至关重要的是依赖于一个远场假设。

适当处理的缺陷回波信号将大大受益的定量反演圆柱形组件的缺陷(14]。的任务派生对象从散射辐射的结构被称为逆散射问题。反演过程获得足够的独立的数据来重建散射参数通过改变频率和/或照明的方向(或面向对象的来源),测量散射波在一个孔位于散射以外的地区(15]。如果执行测量远场散射区域,如果英航是适用的,那么散射振幅分布和测量的时域数据简单的傅里叶变换关系。然而,内部的缺陷图像扭曲当缺陷圆柱组件是反向使用英航的方法。因此,基于BA缺陷反演的方法,提出了一种定量反演研究的缺陷在圆柱形组件使用后向散射回波振幅校正方法后向散射回波振幅对应于不同波数积分。

2。修改后的玻恩近似(MBA)方法

2.1。振幅校正技术

2.1.1。探头发射声场的声压

英航的应用方法是基于条件是入射波为平面波。因此,只要调查和缺陷之间的垂直距离是不变,入射波的能量可以是一致的,和缺陷的理想结果重建。然而,当飞机非焦点探针用于进行实验研究,声音的能量将与声波的传播衰减测量介质由于发散的光束探测器发出的声音。同时,当缺陷偏离中心的梁,其入射能量变化,影响背散射回波信号的振幅(图1)。探头发射声场的声压变化 因此在空间必须准确正确的后向散射回波振幅进行了研究 。在这里,源和场点之间的距离,然后呢是角频率。

探测器晶体板离散成一系列的点光源,和响应的点声源可以用格林公式函数,可以替换到亥姆霍兹方程。 在哪里表示狄拉克脉冲函数和是波数。根据基尔霍夫边界积分方程,只有点声源的声场是必需的,和任何声源产生的散射声场可以写成: 在哪里表示源之间的距离和现场点,表示传感器表面的离散元素,传感器表面的法向量。表示上的声压传感器表面。格林公式的声源点自由空间可以表示如下: 在哪里纵向波数和吗虚数单位, 。 在哪里 是探测器晶体的表面振动速度表,是纵向速度,介质的密度。

边界,偏导数的声压计算法线方向:

鉴于表面振动方向和探测器的正常角水晶表是零, :

在偏远地区, ,正常的格林函数的导数可以近似如下:

2.2。振幅校正方法

中使用的超声波实验有一定的带宽,和计算模型 基于单个的声场分布频率。因此,声场分布值在一系列不同频率的带宽范围必须计算基于探测器的带宽。相比之下,重建模型应该用于集成。根据反散射回波振幅对应于不同波数积分 ,声场模型组成的修正系数 相应的频率用于正确的振幅。

具体实现过程假定的穿越时间探测器测量组件的中心(可以通过使用引用组件测量)和一个偏心圆孔缺陷存在于测量组件。如图2,当探针测量位置 ,和信号传输时间 ,缺陷事故信号声压值小于组件中心位置的声压值 ;也就是说, 。鉴于疲弱的入射能量,振幅 的后向散射回波测量很小。因此,入射声压的比值的声压的中心组件应该使用正确的校正系数的振幅 的后向散射回波,如所示

在不同频率(波数 ),由此产生的声音领域不同,相应的不同于 。因此,声场分布地图在不同频率必须通过计算获得,其次是建设的声场矩阵。通过这种方式,因此,缺陷的位置在声场可以评估时间缺陷信号的转换,声压值(类似于查表方法)在不同的频率(波数 )可以获得的地位。

同样的,如图3,当探针测量的位置 ,和信号传输时间 ,缺陷事故信号声压值大于声压值组件的中心位置;也就是说, 。后向散射回波振幅 也是衡量。鉴于入射能量相对强劲, 大,比入射声压的吗的声压中心位置的组件必须使用正确的校正系数后向散射回波的振幅 ,所示

2.3。MBA的方法

英航的方法是一个低频近似法敏感批量缺陷和裂纹缺陷不敏感。基于BA法,后向散射回波振幅的理论公式英航方法更正。纠正的方法被称为MBA的方法。

重建缺陷给出的公式(16英航方法。

在此基础上,反向散射回波振幅公式的修正。校正后,反向散射回波振幅 。因此,关于MBA方法得到的理论公式如下: 在哪里

2.4。实验测量

铝制样品直径80毫米是(图准备的4)。标本包括一个圆柱偏心圆孔(直径8毫米):作为一个缺陷模型。图5给出了实验装置。缺陷的散射波模型是由纵向测量- - - - - -纵波脉冲回波法方法。接触式传感器直径0.125是搬到标本10°,表面的一个步骤x₁- x₂飞机,和10毫米,的一个步骤x₃方向x₃= 0毫米到100毫米。一个industrial-specific超声耦合剂作为耦合剂,导致好的声学耦合和传感器的固定。传感器是由一个300 V方波pulser-receiver。数字示波器和电脑被用于数据处理和形状重建。传感器的中心频率是10 MHz,和从7.5 MHz至12.5兆赫频率用于缺陷反演。

数据6和7显示从横向缺陷图像和分别为偏心圆孔。鉴于我们收集数据的散射振幅10°一步表面的标本x₁- - - - - -x₂飞机,每个横向缺陷图像重建循环36倍截面。我们处理的数据类型是一个Microsoft Office Excel工作表(.xlsx)。数据6和7结果显示形状重建英航和MBA,分别。总横截面图像堆积,3 d形状的插值重建是由引入堆积成山的横断面图像。数据8和9揭示三维形状重建的结果英航和MBA,分别。

数据7和9后显示结果引入缺陷回波振幅校正系数。缺陷振幅校正后,2 d和3 d重建影响的缺陷有显著改善。

3所示。结论

MBA的方法一种古怪的缺陷提出了一种圆柱形组件,它可以与反向散射信号频域上的分布缺陷的几何信息。因此,形状重建可视为一个逆问题。超声场计算铝在均匀和各向同性介质后通过弯曲界面,用来正确的脉冲回波的振幅。重建品质补偿前后的比较,结果表明,补偿后可以有效地提高重建效果。我们发现以下几点:(1)MBA方法提出了。(2)偏心空洞缺陷的形状由MBA重建的方法。(3)结果表明,缺陷的重建效果2 d和3 d缺陷被MBA方法显著提高重建效果。

数据可用性

我们确认数据支持本研究的发现可以在文章和/或其补充材料。辅料文件显示了回波数据的第一个计量点的第一个截面,测量和数据格式的其他补充材料文件的点是一样的。

的利益冲突

我们声明,没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(批准号51374015和51374015),关键教育部科学技术研究项目(批准号211076),和安徽为杰出青年基金项目(批准号10040606 y26)。

补充材料

辅料文件显示了回波数据的第一个计量点的第一个截面,和其他测量的数据格式是一样的补充材料的文件。补充材料文件对应于第187行手稿。(补充材料)