專利名稱：一種超聲無損檢測方法及檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及的是一種超聲波無損檢測、斷裂力學技術領域中機械結構件內(nèi)部缺陷
的定量測量方法。特別涉及一種超聲無損檢測中缺陷幾何特征的測量的方法。
背景技術：
T0FD法是Time of Flight Diffraction (衍射時差法)的縮寫，是利用缺陷邊緣 所產(chǎn)生的衍射波傳播時間進行缺陷測量的方法總稱。因此，廣義地說，凡是利用缺陷端部衍 射波接收時間差來定量評價的方法統(tǒng)稱為T0FD法。但近年來的實際應用和相關標準，已將 使用兩個縱波探頭相向對置，一發(fā)一收，利用所謂"回波"(即側向波、散射波、衍射波和底面 波)信息進行缺陷定位、定量、定性評價的方法專指為TOFD法。這種方法是英國AEA(原子 能機構)最先提出的，隨后在1993年的BS7706中規(guī)定了用T0FD法進行缺陷定量評價的具 體程序和要求，并曾用于發(fā)電設備的在役檢測。幾年前用TOFD法檢測壓力容器和動力鍋爐 焊縫的方法和驗收條件，又在ASME規(guī)范案例2235中做出了詳細規(guī)定。用此法時，要將兩個 縱波斜探頭按一定間距固定，用D掃描或結合B掃描方式獲取顯示圖像，并據(jù)此對缺陷進行 測深定高。TOFD法所實現(xiàn)的超聲波無損檢測方法自身技術的不完善性，導致對機械結構件 內(nèi)部缺陷檢測精度很難保證，不能很好的滿足實際工程需要。 圖1描述了依據(jù)TOFD法超聲無損檢測設備的檢測原理，即一發(fā)一收的雙探頭檢測 方法。超聲波發(fā)射換能器1發(fā)出的超聲波經(jīng)過楔形塊3的折射而入射到結構件內(nèi)部；其中 一部分超聲波的能量沿結構件上表面7傳播，一部分能量入射到結構件9內(nèi)部。
通過接收換能器2所接收的信號可以獲得傳播時間，由發(fā)射點4至缺陷6上、下邊 緣再至接收點8的傳播時間分別為^和t2。在發(fā)射換能器1與接收換能器關于缺陷6中 心對稱的條件下，可以得出缺陷邊緣位于結構件內(nèi)部距離上表面7的深度d : " (k^)2，2 (1)
式中C為超聲波在結構件9內(nèi)部傳播的聲速 ts為由發(fā)射點4至缺陷6的上或下邊緣再至接收點8的傳播時間
S為發(fā)射點4和接收點8之間距離的一半 當ts = ^時，d為缺陷6上端邊緣的深度值;ts = t2時，d為缺陷6下端邊緣 的深度值d2。 為避免探頭延遲時間所引起的測量誤差，還可以采用側向波與衍射波的時差tD來 計算缺陷6的深度值d : =會V"xc)2+4xcxW￡) (2) 當tD為缺陷6上端邊緣時差信號時，采用(2)式所計算出的d為缺陷上端邊緣深 度值4 ;當tD為缺陷6下端邊緣時差信號時，采用(2)式所計算出的d為缺陷下端邊緣深 度值d2。 基于T0FD原理的現(xiàn)有超聲無損檢測方法都存在著缺陷偏離中心而產(chǎn)生測量誤差的共性問題。對于式(1)中傳播時間^來講，缺陷6的上、下端邊緣分別與發(fā)射點4和接 收點8間直線距離之和為一固定常數(shù)，這種特征表現(xiàn)出橢圓的性質。如圖2所示，對于缺陷 6與10的上端邊緣都分別落在同一橢圓曲線上；缺陷6與10的下端邊緣同樣會落在另一 橢圓曲線上。假設結構件內(nèi)部只有一個缺陷10，采用TOFD法計算公式(1)或(2)都會將 缺陷10等效到缺陷6所處的位置。這就導致了缺陷長度、深度和y軸方向上位置的測量誤 差?；赥OFD原理的雙探頭檢測方法，在一次發(fā)射超聲波進行測量所獲得的參數(shù)tD或ts 的情況下，基本不能對結構件內(nèi)部缺陷進行超聲波無損檢測技術的高精度測量。只要缺陷 在y軸方向偏離該橢圓的中心點，TOFD檢測誤差就不可避免，且偏離越遠則誤差越大。為 此，TOFD需結合B掃描方式提高T0FD的檢測精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種無需用B掃描就可以實現(xiàn)內(nèi)部缺陷高精度檢測、并能 給出缺陷幾何特征高精度測量結果的超聲無損檢測T0FD-LWE方法；本發(fā)明的目的還在于 提供一種依據(jù)T0FD-LWE法所構建的高精度超聲無損檢測的檢測裝置。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的 被檢測機械結構件的y-z平面(坐標的定義參見圖5)為垂直于機械結構件表面 的檢測剖面。檢測探頭組件在x-y平面上在x軸方向上的移動。所述檢測探頭組件至少含 有三個探頭，其中至少有一個是發(fā)射探頭；三探頭模式中包括一個發(fā)射探頭1和兩個接收 探頭2U3，如圖4所示。發(fā)射探頭1所發(fā)出的超聲波一部分經(jīng)發(fā)射探頭楔形塊3的折射使 其入射到機械結構件內(nèi)部，另一部分超聲波沿機械結構件上表面在y軸方向傳播。當入射 的超聲波遇到缺陷6，在缺陷上、下端邊緣11、12產(chǎn)生衍射波，且衍射波由兩個接收探頭2、 13所接收。通過對兩個接收探頭2、 13所接收的衍射波信號進行檢測，可以獲得超聲波在 結構件內(nèi)部的傳播時間tsl和TS2所對應的傳播路徑長度Tl^和TL2， tsl對應點4至點11至 點14路徑長度Tl^的超聲波傳播時間，tS2對應點4至點12至點8路徑長度TL2的超聲波 傳播時間。那么由點4、14和Tl^以及點4、8和TL2便可形成焦距、端點a、 b參數(shù)不同的兩 個橢圓，然后利用式(3)、 (4)組成的橢圓方程組及式(5)-(8)便可以解算出缺陷上端邊緣 點11的坐標(yi，Zl)值。 運用上述方法同樣可以解出缺陷下端邊緣點12的坐標(y2，z2)值，再根據(jù)缺陷上、 下端邊緣點11、12的坐標值(yi， Zl)、 (y2， z2)就計算出缺陷的長度L、傾斜角a 、缺陷深度 d幾何參數(shù)。 本發(fā)明中的三探頭模式也可以設計成兩個發(fā)射探頭、 一個接收探頭的組合模式。
本發(fā)明的檢測裝置包括超聲檢測探頭模塊、超聲模擬信號調(diào)理器模塊、超聲波發(fā) 射機模塊和嵌入式系統(tǒng)模塊四個模塊；如圖6所示，超聲檢測探頭模塊由一個發(fā)射探頭1、 兩個接收探頭2、 13和一個CM0S圖像傳感器19構成，兩個接收探頭分別與超聲模擬信號調(diào) 理器相連接，發(fā)射探頭與超聲波功率放大器的輸出相連接；超聲模擬信號調(diào)理器模塊的兩 個通道除分別與各自的接收探頭連接外，經(jīng)過放大、濾波處理之后的兩個通道輸出的超聲 波信號經(jīng)PCB板間連接器與嵌入式系統(tǒng)模塊連接，將放大后的超聲信號分別送至模數(shù)轉換 器24、25進行模數(shù)轉換；超聲波發(fā)射機模塊的輸出與超聲發(fā)射探頭連接，發(fā)射機的輸入與 FPGA可編程器件26輸出連接，F(xiàn)PGA在嵌入式處理器27的控制下，產(chǎn)生缺陷檢測所需的TTL電平脈沖信號傳輸至超聲波發(fā)射機的前置級21。嵌入式系統(tǒng)模塊中的LCD顯示器和鍵盤采 用PCB板間連接器的形式與嵌入式處理器主板連接，CF卡設備直接安裝在嵌入式處理器主 板上，鼠標和USB通信接口均采用USB A型或B型連接器。 本發(fā)明提供了一種無需用B掃描就可以實現(xiàn)結構件內(nèi)部缺陷高精度檢測、并能給 出缺陷幾何特征高精度測量結果的超聲無損檢測新方法，即TOFD-LWE法。
TOFD-LWE(Time of Flight Diffraction and Locating with Ellipse)方法是 利用TOFD法與雙橢圓定位技術的結合所實現(xiàn)的結構件內(nèi)部缺陷的高精度測量。圖4描述 了 TOFD-LWE超聲無損檢測方法實現(xiàn)結構件內(nèi)部缺陷高精度測量原理。依據(jù)雙橢圓定位技 術，TOFD-LWE超聲無損檢測可以采用一個超聲發(fā)射探頭和兩個超聲接收探頭或兩個超聲發(fā) 射探頭和一個超聲接收探頭，或者簡稱為三探頭模式。通過三探頭模式的超聲波檢測，可在 y-z平面上獲得兩個橢圓；對兩個橢圓相交點的解算便可獲得缺陷邊緣點在y-z平面上的 坐標值。 一發(fā)兩收檢測模式要比兩發(fā)一收檢測模式的檢測效率要高，因為前者只需要一次 超聲波發(fā)射即可完成一次檢測；而后者需要兩次超聲波發(fā)射才能完成一次檢測。在缺陷幾 何特征測量精度方面，兩種檢測模式并無差別。 TOFD-LWE檢測法的檢測精度與缺陷在y軸方向偏離兩探頭之間中心點的距離無 關，特點是一次超聲波發(fā)射即可完成缺陷y-z平面檢測；缺陷的幾何特征的測量精度高、缺 陷定位精度高、適合缺陷三維幾何特征的精確描述。該檢測方法屬于真正意義上的超聲無 損檢測定量測量的新方法。這種缺陷二、三維幾何特征參數(shù)較為完整的精確測量是目前工 程中所使用的超聲無損檢測設備或射線無損檢測設備難以達到的，不但適合結構件無損檢 測，同時適合斷裂力學領域的現(xiàn)場的無損檢測。 在本發(fā)明的檢測裝置的檢測探頭模塊中，加裝了 CMOS圖像傳感器19。在實際的檢 測過程中，圖像傳感器19能夠檢測探頭組件在x-y平面上的位移量數(shù)據(jù)參數(shù)；通過將探頭 在x-y平面位移數(shù)據(jù)與y-z剖面缺陷檢測數(shù)據(jù)的融合，便可以獲得高精度的缺陷三維幾何 特征并繪制缺陷的三維圖形；這樣可以免去復雜的x-y平面高精度機械走架，特別適合現(xiàn) 場檢測的便利性。


圖1是結構件內(nèi)部缺陷TOFD檢測原理示意圖。
圖2基于TOFD原理檢測方法的常見測量誤差說明圖。
圖3是關于結構件內(nèi)部缺陷幾何特征的描述。
圖4是TOFD-LWE法高精度超聲無損檢測原理圖。
圖5是TOFD-LWE法檢測坐標定義。
圖6是TOFD-LWE法超聲無損檢測設備實現(xiàn)原理框圖。
標號說明 1是超聲波發(fā)射探頭，2、 13是超聲波接收探頭，3是發(fā)射與接收探頭用楔形塊，4是 超聲波發(fā)射在結構件表面等效幾何中心點，5是被檢測結構件底表面，6、10為結構件內(nèi)部 缺陷，7是被檢測結構件上表面，8、14是接收超聲波在結構件上表面等效幾何中心點，9為 被檢測結構件內(nèi)部，11是缺陷的上端邊緣點，12是缺陷下端邊緣點，15是缺陷上端邊緣點 11所形成的雙橢圓在被檢測結構件外部的相交點，16是缺陷在y-z檢測平面內(nèi)的長度L，17是缺陷與結構件上表面7之間的夾角a ，18是被檢測的結構件，19是CM0S圖像傳感器，
20是超聲波功率放大器，21是超聲波發(fā)射機前置級，22、23是超聲波模擬信號調(diào)理器通道，
24、25是模數(shù)轉換器，26是可編程器件FPGA， 27是由DSP和ARM構成的嵌入式處理器，28是
LCD液晶顯示器，29是CF卡設備，30是鍵盤、鼠標I/O設備，31是USB接口 。
注缺陷幾何特征的定義是夾角a 、長度L、上端邊緣點位置11和下端邊緣點位
置12所描述的缺陷幾何特征。
具體實施例方式
下面結合附圖舉例對本發(fā)明做更詳細地描述 在圖5中給出了 TOFD-LWE法檢測坐標定義。其中y_z平面為垂直于機械結構件 表面的檢測剖面，在x-y平面檢測探頭組件在x軸方向上的移動便可實現(xiàn)內(nèi)部缺陷的三維 檢測。 在圖4中發(fā)射探頭1所發(fā)出的超聲波經(jīng)發(fā)射探頭楔形塊3的折射入射到結構件 9內(nèi)部，其中還有一部分超聲波是沿結構件上表面在y軸方向傳播；當入射到結構件內(nèi)部的 超聲波(通常稱為縱波)遇到缺陷6，就會在其上、下邊緣11、12產(chǎn)生衍射波(圖中僅標出 了缺陷上邊緣11所產(chǎn)生衍射波至接收探頭13、2的傳輸路徑)。接收探頭13和2均可以接 收到缺陷邊緣所產(chǎn)生的衍射波。依據(jù)TOFD-LWE檢測原理的三探頭檢測模式，兩個不同組合 的收發(fā)探頭可以對被測結構件內(nèi)部缺陷的一個邊緣形成焦距、橢圓端點參數(shù)不同的兩個橢 圓；且在超聲發(fā)射探頭發(fā)射點4處，兩個橢圓的焦點位置是相同的。因為發(fā)射點4、接收點 13和8都位于y軸上，對于缺陷6的上端邊緣11來講，這兩個橢圓之間有兩個關于y軸對 稱的兩個相交點11和15。第一個交點對應結構件內(nèi)部缺陷6的上端邊緣點ll，另一個交 點位于被測結構件的外部相交點15。兩個相交點11和15是關于y軸對稱的。顯然相交點 15是不合理的，而只有交點11才是正確的解。圖4中缺陷6的下端邊緣坐標點12同樣也 同樣采用兩個橢圓交匯的方式解出。
根據(jù)橢圓方程有 《+ 4 = 1 (3)
^^ + 4 = 1 (4)
fl2 方2 = *cxfsi (5) Z^)/^1^ (6) 。2 = |cxte (7) 62 = ^-^ (幻 其中 tsi為發(fā)射點4至缺陷上邊緣點11至第一接收點13超聲波傳輸時間； c為被檢測機械結構件內(nèi)部的聲速； Sl為發(fā)射點4至第一接收點13距離的一半，且為已知； tS2為發(fā)射點4至缺陷上邊緣點11至第二接收點8超聲波傳輸時間；
s2為發(fā)射點4至第二接收點8距離的一半，且為已知； 在檢測時，超聲波發(fā)射探頭1所發(fā)射檢測超聲波信號使得超聲波接收探頭13、2可 以接收到由缺陷6的邊緣產(chǎn)生的衍射波；通過對探頭2、 13所接收的衍射波信號進行檢測便 可以得到^和^2測量值，然后根據(jù)式(5)_(10)便可解算出點ll處的坐標(y"Zl)值。
運用上述方法同樣可以解出缺陷6下端邊緣點12的坐標(y2，z3)值。那么在被測 結構件的y-z平面上，根據(jù)缺陷上、下端邊緣11、12的坐標值(yi， Zl)、 (y2， z2)就可以計算 出缺陷的長度L、傾斜角a 、缺陷深度d幾何參數(shù)(參見圖3和圖3說明)。
參照圖3、4、5，采用TOFD-LWE原理對機械結構件進行檢測而獲得機械結構件內(nèi)部 缺陷在y_z平面的幾何性狀特征。在此基礎上，采用TOFD-LWE檢測沿x軸方向進行D掃描 方式進行檢測；這樣就可以獲得在x軸方向間隔為Ax的缺陷y-z平面的各剖面圖，通過計 算機繪圖便可構建機械結構件內(nèi)部缺陷的三維圖形。 依據(jù)TOFD-LWE檢測原理實現(xiàn)的超聲無損檢測裝置的原理示意圖如圖6所示，該圖
所描述的設備實現(xiàn)方案采用一發(fā)兩收的三探頭檢測模式。 ①缺陷檢測的超聲波發(fā)射 在嵌入式處理器27的控制下通過可編程器件26發(fā)出檢測脈沖信號；該脈沖信號 經(jīng)超聲波發(fā)射機前置級21之后驅動超聲波功率放大器20。超聲波功率放大器20輸出的功 率型脈沖驅動超聲波發(fā)射換能器1。
②超聲波信號接收與放大 由于采用一發(fā)兩收模式，所以超聲波模擬信號處理采用兩個通道分別處理超聲波 接收探頭2、 13輸出的信號，而且兩個通道的電路形式完全一致。 超聲波模擬信號調(diào)理器的功能是將接收探頭2/13輸出的微弱超聲波信號進行 放大，然后再經(jīng)時間增益控制放大器進行放大，以及后級放大器進一步放大。經(jīng)過放大之后 的信號通過濾波器進行模數(shù)轉換之前的抗混疊濾波。濾波器輸出的信號由緩沖驅動器驅動 模數(shù)轉換器24/25。
③超聲波信號處理 在嵌入式系統(tǒng)中的兩個模數(shù)轉換器24/25將放大后的超聲波模擬信號轉換成數(shù) 字信號。模數(shù)轉換器輸出的數(shù)字信號由FPGA可編程器件26進行高速的實時緩沖存儲，然 后由后面嵌入式處理器27中的專用數(shù)字信號處理器DSP讀取并進行相應的信號處理。
通過嵌入式系統(tǒng)中的DSP數(shù)字信號處理器的實時處理，完成可選擇不同中心頻 率、不同帶寬的數(shù)字濾波，自適應時間增益控制，缺陷自動識別，缺陷三維輔助繪圖、缺陷監(jiān) 測盲區(qū)處理等信號處理。經(jīng)過處理的超聲波信號和缺陷二、三維圖形數(shù)據(jù)在嵌入式處理器 中的ARM控制下，傳輸給LCD液晶顯示器28進行顯示；也可以采用文件的形式存儲在工作 在TRUE IDE模式下的CF卡29中。 通過USB通信接口 31，可以更新或升級DSP信號處理軟件。
人機交互 人機交互用設備包括LCD液晶顯示器28和鍵盤、鼠標10設備30。這些設備都是 由ARM和DSP構成的嵌入式處理器27控制的。通過人機交互可以完成設備檢測模式、被檢 測結構件工藝參數(shù)、缺陷檢測人工輔助、顯示模式、測量原始數(shù)據(jù)文件等管理。
⑤計算機接口
超聲監(jiān)測設備不但可以脫機獨立進行工程檢測，還可以通過USB 2.0標準的同步 串行接口 31與主機進行通信。通過USB接口，嵌入式系統(tǒng)中的CF卡29可以U盤形式作為 一個盤符出現(xiàn)在主機中。主機可以從CF卡29中復制測量原始數(shù)據(jù)，向檢測設備裝訂測量 工藝文件，更新或升級檢測設備信號處理軟件等。
⑥人工手動x-y平面連續(xù)高精度掃查 參照附圖5、6，如果在x-y平面上對結構件進行整體超聲檢測時，利用超聲探頭處 加裝CMOS圖像傳感器19給出(A x， Ay)位移量，通過USB同步串行通信傳輸給ARM&DSP 嵌入式處理器27。然后由嵌入式系統(tǒng)將超聲檢測數(shù)據(jù)與(Ax， Ay)位移量數(shù)據(jù)進行融合。 通過數(shù)據(jù)融合給出的三維檢測結果數(shù)據(jù)(x，y，z)描述了缺陷的三維空間中的幾何位置，并 在液晶顯示器28顯示缺陷的二或三維圖形，給出x-y平面連續(xù)的高精度掃查結果。從而 免除了 x-y平面高精度機械行走機構，降低了設備復雜程度及成本，同時方便了工程現(xiàn)場 檢測的靈活性、便利性和快捷性(尤其是很多不適宜安裝x-y平面機械行走機構的工程現(xiàn) 場)。 設備連接 由圖6所描述的TOFD-LWTE超聲檢測系統(tǒng)中，可以劃分為四個模塊
①超聲檢測探頭模塊 該模塊由一個超聲發(fā)射探頭、兩個超聲接收探頭和一個CMOS圖像傳感器構成。
口模塊中超聲接收探頭2、 13采用50Q或75Q同軸電纜分別于與超聲模擬信號 調(diào)理器22、23相連接，將接收的超聲波信號傳送給模擬信號調(diào)理器進行放大、濾波處理。
O模塊中超聲發(fā)射探頭l采用600V耐壓的雙扭線與超聲波功率放大器20輸出相 連接。
□模塊中的CMOS圖像傳感器19采用兩對雙絞線與嵌入系統(tǒng)處理器27相連接， 并采用USB通信協(xié)議傳輸A x、 A y位移量數(shù)據(jù)。
②超聲模擬信號調(diào)理器模塊 模擬信號調(diào)理器的兩個通道除采用同軸電纜分別于各自的超聲接收探頭連接外， 經(jīng)過放大、濾波處理之后的兩個通道22、23輸出的超聲波信號經(jīng)PCB板間連接器與嵌入式 系統(tǒng)連接，將放大后的超聲信號分別送至模數(shù)轉換器24、25進行模數(shù)轉換。
③超聲波發(fā)射機模塊 超聲波發(fā)射機模塊的輸出與超聲發(fā)射探頭連接，發(fā)射機的輸入采用同軸電纜與 FPGA 26輸出連接。FPGA在嵌入式處理器的控制下，產(chǎn)生缺陷檢測所需的TTL電平脈沖信 號經(jīng)這個同軸電纜傳輸至超聲發(fā)射機的前置級21。
④嵌入式系統(tǒng)模塊 在嵌入式系統(tǒng)模塊內(nèi)部，LCD顯示器28和鍵盤30采用PCB板間連接器的形式與 嵌入式處理器主板連接；CF卡設備29直接安裝在嵌入式處理器主板上；鼠標30和USB通 信接口 31均采用USB A型或B型連接器。
權利要求
一種超聲無損檢測方法，其特征是基于衍射超聲波檢測與橢圓交匯定位相結合而得出的結構件內(nèi)部缺陷，使用的超聲探頭數(shù)量為N、N≥3，其中至少有一個是發(fā)射探頭；通過檢測獲得N-1個橢圓曲線，通過對N-1個橢圓方程組的數(shù)學解算，得到缺陷邊緣位置在檢測的二維平面中直角坐標系中的坐標點，在橢圓方程組的多個解之中，只有反映結構件內(nèi)部缺陷邊緣點的解才是唯一的真實解。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種超聲無損檢測方法，其特征是在超聲探頭數(shù)量N = 3 時，檢測探頭組件包括一個發(fā)射探頭、二個接收探頭；通過檢測形成兩個橢圓；被檢測機械 結構件的y-z平面為垂直于機械結構件表面的檢測剖面；發(fā)射探頭所發(fā)出的超聲波一部分 經(jīng)發(fā)射探頭楔形塊的折射而入射到機械結構件內(nèi)部，另一部分超聲波沿機械結構件上表面y軸方向傳播；當入射到機械結構件內(nèi)部的超聲波遇到缺陷，在缺陷上、下邊緣產(chǎn)生衍射，利用兩個接收探頭分別接收衍射波；對兩個接收探頭所接收超聲衍射波的檢測與測量可以 得到傳播時間tsl和tS2 ;由三個的超聲波探頭位置參數(shù)、傳播時間tsl和tS2所對應的傳播距 離Tl^與TL2參數(shù)形成了焦距、端點參數(shù)不同的兩個橢圓；然后利用下列方程解算出兩個橢 圓在缺陷上邊緣點位置交匯點的坐標(yi， Zl)值<formula>formula see original document page 2</formula> 其中tsl為發(fā)射點至缺陷上邊緣點至第一接收點超聲波傳輸時間；C為被檢測機械結構件內(nèi)部的聲速；S工為發(fā)射點至第一接收點距離的一半，且為已知；tS2為發(fā)射點至缺陷上邊緣點至第二接收點超聲波傳輸時間；S2為發(fā)射點至第二接收點距離的一半，且為已知；運用上述同樣的方法解出缺陷下邊緣點的坐標(y2， Z2)值，再根據(jù)缺陷上下邊緣的坐 標值(yi， Zl) 、 (y2， Z2)就計算出缺陷的長度L、傾斜角a 、缺陷深度d幾何參數(shù)。
3. —種超聲無損檢測方法的檢測裝置，包括超聲檢測探頭模塊、超聲模擬信號調(diào)理器 模塊、超聲波發(fā)射機模塊和嵌入式系統(tǒng)模塊四個模塊；其特征是超聲檢測探頭模塊由一 個發(fā)射探頭、兩個接收探頭和一個CMOS圖像傳感器構成，兩個接收探頭分別與超聲模擬信 號調(diào)理器相連接，發(fā)射探頭與超聲波功率放大器的輸出相連接；超聲模擬信號調(diào)理器模塊 的兩個通道除分別與各自的接收探頭連接外，經(jīng)過放大、濾波處理之后的兩個通道輸出的 超聲波信號經(jīng)PCB板間連接器與嵌入式系統(tǒng)連接，將放大后的超聲信號分別送至模數(shù)轉換 器進行模數(shù)轉換；超聲波發(fā)射機模塊的輸出與超聲發(fā)射探頭連接，發(fā)射機的輸入與FPGA輸 出連接，F(xiàn)PGA在嵌入式處理器的控制下，產(chǎn)生缺陷檢測所需的TTL電平脈沖信號傳輸至前置級；嵌入式系統(tǒng)模塊的構成為LCD顯示器和鍵盤采用PCB板間連接器的形式與嵌入式處 理器主板連接，設備CF卡直接安裝在嵌入式處理器主板上，鼠標和USB通信接口均采用USB A型或B型連接器。
4.根據(jù)權利要求3所述的超聲無損檢測方法的檢測設備，其特征是在超聲檢測探頭 處加裝CM0S圖像傳感器；將超聲探頭所在的二維平面位移量數(shù)據(jù)與超聲檢測數(shù)據(jù)進行融
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種高精度超聲無損檢測方法及檢測裝置。超聲探頭組件包括一個發(fā)射探頭和兩個接收探頭。發(fā)射探頭發(fā)出的超聲波經(jīng)過楔形塊的折射而入射到機械結構件內(nèi)部，并在缺陷的邊緣產(chǎn)生衍射波。對兩個接收探頭所接收超聲衍射波的檢測與測量可以得到傳播時間tS1和tS2。由三個的超聲波探頭位置參數(shù)、傳播時間tS1和tS2所對應的傳播距離TL1與TL2參數(shù)形成了焦距、端點參數(shù)不同的兩個橢圓。通過橢圓方程組的結算便可獲得缺陷上端、下端邊緣的坐標值，由此可以計算出缺陷的長度L、傾斜角α、缺陷深度d幾何參數(shù)。通過探頭組件中安裝的CMOS圖像傳感器給出的(Δx，Δy)位移參數(shù)與缺陷測量值的數(shù)據(jù)融合，便可以繪制缺陷的高精度三維圖像。
文檔編號G01N29/22GK101701937SQ20091007315
公開日2010年5月5日 申請日期2009年11月9日 優(yōu)先權日2009年11月9日
發(fā)明者孫向陽, 田坦, 紀祥春, 蘇繼輝, 蘇龍濱, 遲文廣, 陳婷婷, 陳敏 申請人:哈爾濱工程大學