本發(fā)明屬于無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種導(dǎo)波方向控制方法，用于金屬板材、管件等的無損檢測(cè)。

背景技術(shù)：

隨著我國工業(yè)化水平的不斷發(fā)展，定期對(duì)工業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)和健康監(jiān)測(cè)，保證其安全運(yùn)營，具有重要意義。因此，無損檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，特別是超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)，具有檢測(cè)效率高、成本低的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，適用于大型工業(yè)結(jié)構(gòu)的缺陷檢測(cè)和健康監(jiān)測(cè)。

電磁超聲導(dǎo)波檢測(cè)方法通過改變換能器的結(jié)構(gòu)和激勵(lì)電流的相位關(guān)系，更易于實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)波的類型、模式和傳播方向的控制。但是，現(xiàn)有的電磁超聲導(dǎo)波換能器，線圈一般采用曲折線圈結(jié)構(gòu)，每種結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)一個(gè)中心頻率，實(shí)際檢測(cè)時(shí)需要改變線圈的接線方式，無法實(shí)現(xiàn)掃頻缺陷檢測(cè)和遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。此外，對(duì)于管線分布密集的工況，受空間限制，換能器的體積有限，導(dǎo)致傳統(tǒng)的雙線圈結(jié)構(gòu)換能器難以實(shí)現(xiàn)低頻超聲導(dǎo)波的方向控制。專利申請(qǐng)?zhí)?01610998265.4給出了一種任意頻率的超聲導(dǎo)波發(fā)射接收裝置及其導(dǎo)波激勵(lì)和接收方法，但沒有給出超聲導(dǎo)波方向控制的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有的導(dǎo)波方向控制方法不能在不改變線圈接線方式的情況下使用多通道電磁超聲導(dǎo)波換能器激勵(lì)和接收任意頻率的單向傳播超聲導(dǎo)波、不能遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)、不能控制任意頻率導(dǎo)波方向的問題。進(jìn)而提出了一種基于掃頻多通道電磁超聲導(dǎo)波裝置的導(dǎo)波方向控制方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案的步驟如下：

步驟一、將換能器安裝在被測(cè)試件(3)上，發(fā)射線圈陣列的發(fā)射線圈沿某一方向以任意間距并排分布，發(fā)射線圈數(shù)為2n，沿著導(dǎo)波傳播的方向?qū)l(fā)射線圈編號(hào)t1，t2，......，t2n；

步驟二、沿發(fā)射線圈分布方向建立坐標(biāo)軸；

步驟三、任選一方向?yàn)閷?dǎo)波傳播抑制側(cè)，則相反方向?yàn)榉且种苽?cè)，計(jì)算各線圈激勵(lì)電流的初始相位，通過調(diào)節(jié)各線圈激勵(lì)電流的初始相位使導(dǎo)波信號(hào)被抑制的一側(cè)，在任意時(shí)刻各信號(hào)疊加后振幅為零；

步驟四、基于步驟三中求得的激勵(lì)電流的初始相位，計(jì)算非抑制側(cè)各發(fā)射線圈產(chǎn)生的導(dǎo)波信號(hào)合成后的振幅；

步驟五、繪制步驟四中所求得的非抑制側(cè)導(dǎo)波信號(hào)振幅與頻率的關(guān)系曲線，不同工作頻率下，選擇導(dǎo)波信號(hào)振幅最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流初始相位；

步驟六、通過選擇抑制側(cè)和非抑制側(cè)來實(shí)現(xiàn)方向控制，非抑制側(cè)即為導(dǎo)波的傳播方向。

掃頻多通道超聲導(dǎo)波裝置包括多通道超聲導(dǎo)波發(fā)射接收裝置、鐵鈷合金帶、被測(cè)試件和發(fā)射線圈陣列，鐵鈷合金帶通過施加壓力或粘結(jié)緊貼被測(cè)試件表面，發(fā)射線圈陣列位于鐵鈷合金帶表面，發(fā)射線圈陣列中每個(gè)發(fā)射線圈一端與多通道超聲導(dǎo)波發(fā)射接收裝置的一路發(fā)射通道連接，另一路接地，鐵鈷合金帶和發(fā)射線圈陣列組成換能器。

本發(fā)明的有益效果

本發(fā)明提供了一種基于掃頻多通道電磁超聲導(dǎo)波裝置的導(dǎo)波方向控制方法，該方法能夠在不改變線圈接線方式的情況下，使用多通道電磁超聲導(dǎo)波換能器激勵(lì)和接收任意頻率的單向傳播的超聲導(dǎo)波，實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)波的方向控制，可對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行掃頻缺陷檢測(cè)和遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)。

附圖說明

圖1為掃頻多通道電磁超聲導(dǎo)波裝置；圖中：1-多通道電磁超聲導(dǎo)波發(fā)射接收裝置，2-鈷鐵合金帶，3-被測(cè)試件，4-發(fā)射線圈列陣；

圖2為激勵(lì)電流初始相位確定流程；

圖3為發(fā)射線圈分布示意圖；

圖4為實(shí)施例中的非抑制側(cè)導(dǎo)波信號(hào)振幅與頻率的關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的原理是通過控制激勵(lì)電流的相位關(guān)系，調(diào)整試件中超聲導(dǎo)波的相位，使傳感器的某一側(cè)信號(hào)發(fā)生相消干涉，實(shí)現(xiàn)單向傳播的功能。又因?yàn)閾Q能器為多線圈結(jié)構(gòu)，每個(gè)發(fā)射超聲導(dǎo)波的線圈連接一路發(fā)射電路，所以激勵(lì)電流相位控制方式多種多樣。為了獲得最佳的激勵(lì)和接收單向超聲導(dǎo)波的效果，需要綜合考慮不同控制方式的效果，不同的頻率范圍采用不同的控制方式。采用上述方法，無需人為更換換能器，換能器可永久安裝，從而為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)奠定基礎(chǔ)。

具體實(shí)施方式一：一種基于掃頻多通道電磁超聲導(dǎo)波裝置的導(dǎo)波方向控制方法，如圖1所示，掃頻多通道超聲導(dǎo)波裝置包括多通道超聲導(dǎo)波發(fā)射接收裝置1、鐵鈷合金帶2、被測(cè)試件3和發(fā)射線圈陣列4，鐵鈷合金帶2通過施加壓力或粘結(jié)緊貼被測(cè)試件3表面，發(fā)射線圈陣列4位于鐵鈷合金帶2表面，發(fā)射線圈陣列4中每個(gè)發(fā)射線圈一端與多通道超聲導(dǎo)波發(fā)射接收裝置1的一路發(fā)射通道連接，另一路接地，鐵鈷合金帶2和發(fā)射線圈陣列4組成換能器，為了激勵(lì)任意頻率的超聲導(dǎo)波，發(fā)射線圈陣列4中的每個(gè)發(fā)射線圈均為單根導(dǎo)線或由單根導(dǎo)線緊密繞制螺旋狀線圈，線圈寬度遠(yuǎn)小于工作頻率下超聲導(dǎo)波波長。

所述方法是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的：

步驟一、如圖3所示，將多通道傳感器安裝在被測(cè)試件上，發(fā)射線圈沿某一方向以任意間距并排分布，發(fā)射通道數(shù)為2n，沿著導(dǎo)波傳播的方向?qū)l(fā)射線圈編號(hào)t1，t2，......，t2n；

步驟二、沿發(fā)射線圈分布方向建立坐標(biāo)軸；

步驟三、任選一方向?yàn)閷?dǎo)波傳播抑制側(cè)，則相反方向?yàn)榉且种苽?cè)，計(jì)算各線圈激勵(lì)電流的初始相位，通過調(diào)節(jié)各線圈激勵(lì)電流的初始相位使導(dǎo)波信號(hào)被抑制的一側(cè)，在任意時(shí)刻各信號(hào)疊加后振幅為零；

步驟四、基于步驟三中求得的激勵(lì)電流的初始相位，計(jì)算非抑制側(cè)各發(fā)射線圈產(chǎn)生的導(dǎo)波信號(hào)合成后的振幅；

步驟五、繪制步驟四中所求得的非抑制側(cè)導(dǎo)波信號(hào)振幅與頻率的關(guān)系曲線，不同工作頻率下，選擇導(dǎo)波信號(hào)振幅最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流初始相位；

步驟六、通過選擇抑制側(cè)和非抑制側(cè)來實(shí)現(xiàn)方向控制，非抑制側(cè)即為導(dǎo)波的傳播方向。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：步驟二所述坐標(biāo)軸為以發(fā)射線圈t1為原點(diǎn)，以導(dǎo)波傳播方向?yàn)檎较颍靼l(fā)射線圈對(duì)應(yīng)坐標(biāo)為x1，x2，......，x2n，其中x1＝0，xi為第i個(gè)線圈到第1個(gè)線圈的間距，i＝1，2，3，...，2n。；其他步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：步驟三中計(jì)算各線圈激勵(lì)電流的初始相位步驟如下：

(1)、根據(jù)被測(cè)試件參數(shù)使用數(shù)值解法或?qū)Ｓ密浖蠼獗粶y(cè)試件中導(dǎo)波的特征方程，獲得導(dǎo)波的波速c；

(2)、各發(fā)射線圈激勵(lì)電流信號(hào)為其中i＝1，2，......，2n，其中f為導(dǎo)波的頻率，i為激勵(lì)電流幅值，t為導(dǎo)波傳播時(shí)間，為初始相位；

(3)、對(duì)于任意位置x＞0，在t0時(shí)刻在該點(diǎn)發(fā)射線圈ti產(chǎn)生的導(dǎo)波信號(hào)為u(x)為超聲導(dǎo)波傳播至x處時(shí)的振幅；

對(duì)于任意位置x＜0，在t0時(shí)刻在該點(diǎn)發(fā)射線圈ti產(chǎn)生的導(dǎo)波信號(hào)為

(4)、聲波抑制側(cè)任取一點(diǎn)作為被測(cè)點(diǎn)，在2n個(gè)線圈中任意選取n個(gè)線圈，使這n個(gè)線圈在導(dǎo)波信號(hào)抑制側(cè)某點(diǎn)產(chǎn)生的導(dǎo)波信號(hào)相位為這n個(gè)線圈到第一個(gè)線圈的間距組成集合an；余下的n個(gè)線圈在該點(diǎn)產(chǎn)生的導(dǎo)波信號(hào)相位為余下的n個(gè)線圈到第一個(gè)線圈的間距組成集合bn，即集合an和bn是集合n＝{x1，x2，......，x2n}的兩個(gè)子集合，滿足|an|＝|bn|＝n，an∩bn＝0且an∪bn＝n；

(5)、任取，使各信號(hào)的相位滿足xiy為集合an中線圈在集合n中對(duì)應(yīng)的線圈到第一個(gè)線圈的間距，xiz為集合bn中線圈在集合n中對(duì)應(yīng)的線圈到第一個(gè)線圈的間距；為集合an中線圈在集合n中對(duì)應(yīng)的線圈的相位，為集合bn中線圈在集合n中對(duì)應(yīng)的線圈的相位，x為被測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)；

(6)、根據(jù)步驟(5)中的方程求解各線圈激勵(lì)電流的初始相位其中i＝1，2，......，2n且

(7)、更換集合an和bn，重復(fù)計(jì)算各激勵(lì)電流的初始相位。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：步驟四所述合成后的振幅為振幅越大效果越好。其他步驟和參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同

具體實(shí)施方式五：在檢測(cè)缺陷時(shí)，為了激勵(lì)單向傳播的超聲導(dǎo)波，需要調(diào)節(jié)各發(fā)射線圈激勵(lì)電流的初始相位。不同工作頻率下，各發(fā)射線圈激勵(lì)電流初始相位確定過程如圖2所示，步驟三中在計(jì)算各線圈激勵(lì)電流的初始相位時(shí)由于在2n個(gè)發(fā)射線圈中選擇n個(gè)線圈，有多種選擇方式，且不同的選擇方式適用于不同的工作頻率。因此，需要改變發(fā)射線圈的分組方式，重新計(jì)算該方式下對(duì)應(yīng)的激勵(lì)電流初始相位，繪制非抑制側(cè)信號(hào)合位移振幅與工作頻率的關(guān)系曲線。根據(jù)該關(guān)系曲線，可確定不同工作頻率時(shí)最佳的激勵(lì)電流相位控制方法。

實(shí)施例

以四個(gè)單線圈等間距分布(相鄰單線圈間距為12.5mm)為例，為了使抑制側(cè)振幅為零，只需將線圈均分為兩組，共有3種分組方法。其中，方法1為t1t2，t3t4；方法2為t1t4，t2t3；方法3為tit3，t2t4。三種分組方法產(chǎn)生的導(dǎo)波在非抑制側(cè)合位移振幅與頻率的關(guān)系如圖所示，在工作頻率為64khz時(shí)，分組方法1產(chǎn)生的導(dǎo)波合位移振幅最大，因此該頻率下采用分組方法1所對(duì)應(yīng)的步驟三中的初始相位對(duì)線圈進(jìn)行激勵(lì)；在工作頻率為96khz時(shí)，分組方法2產(chǎn)生的導(dǎo)波合位移振幅最大，因此該頻率下采用分組方法2所對(duì)應(yīng)的步驟三中的初始相位對(duì)線圈進(jìn)行激勵(lì)。