[发明专利]校准试块以及方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种校准试块和校准方法。更具体地说，本发明涉及一种用于相控阵超声波测试扫描仪的信号灵敏度校准试块和用来校准相控阵超声波测试扫描仪的信号灵敏度的方法。

背景技术

可使用超声波测试对材料的不可见区域例如零部件、焊点和复合材料的内部进行分析。这类无损测试使用声波的反射来检测故障和在过程中不损坏零部件很难检测的特征。在航空领域，超声波测试是在制造时和维护期间常用的测试材料完整性的技术。

相控阵超声波测试扫描仪通常包括具有多个传感器元件的传感器。传感器元件的阵列可被选择性地激发以将多个单独的波阵面发射到测试材料中。这些波阵面构造上破坏性地结合到材料中，产生穿过材料并反射出其中的裂缝、间断等等的主波阵面。这种裂缝、间断等等在这里将被称为“目标特征”。主波阵面被认为限定出射束。通过以特定的顺序启动成组的传感器元件，可使该射束动态地穿过扫描包络。该顺序和有关参数（例如电压）有时被称为一“聚焦法则（focal law）”。

主波阵面在多个连续射束角处的信号响应可通过扫描仪组合以形成与扫描包络对应的二维“S-Scan”图像。这类扫描仪在本领域内公认为“扇形”或者“角度”扫描。这种扫描仪的传感器具有中心传动轴线并且包迹线从该中心轴线伸出的量可以例如+50°>-50°或者+70°>+50°，不过该包迹线可以以例如中心面的平面或者测试目标的轴线为基准进行表示。扫描包迹线在正反两个方向上延伸时被称为“横向”扫描。

虽然这有利于增加扫描包迹线的尺寸，但是由于由激发传感器产生的主波阵面的幅值在经过包迹线时改变，这样做是有问题的。因此，来自距中心轴线一个角度的目标特征的响应信号强度与来自距中心轴线另一角度的同一目标特征的响应信号强度不同。这会导致在使传递给扫描仪的使用者的信号响应可视化时来自值域的信号幅度损失，当实际上两个目标特征具有相同尺寸并且距传感器等距时，所述+50°的目标特征小于在所述+20°的目标特征。

一些超声波测试扫描仪可以通过提供灵敏度校准功能来弥补上述问题。一个实施例是Olympus销售的Omniscan MX扫描仪。灵敏度校准方法一般情况下包括沿着设有横向钻孔的“校准用标准”试块移动传感器，以及使用来自横向钻孔的信号响应来校准传感器元件的控制信号。然而，即使按照这种灵敏度校准，经过宽扫描包迹线的信号响应比希望的更不规则。按照这个，使用传感器扫描单独的“检验标准”试块以设置超声波测试扫描仪的标准增益，使得该增益处于寻找目标特征的合适水平。

发明内容

本发明的第一方面提供一种用来校准角度扫描相控阵超声波测试扫描仪的信号灵敏度的校准试块。角度扫描相控阵超声波测试扫描仪被设置为在经过扫描包迹线的多个连续射束角处产生主波阵面。该校准试块可以由传声材料制成。该校准试块可包括具有外周边缘的第一主表面。该校准试块可以包括第二主表面。该校准试块可以包括设在第一和第二主表面的大体平面之间的校准表面。该校准表面可被配置为以大体圆弧状延伸，从而与中心轴线大体等距。第一主表面的外周边缘与中心轴线间隔开的距离比校准表面与中心轴线间隔开的距离大。该校准试块可以包括声学联接到超声波测试扫描仪的超声传感器的输入表面。该校准试块可以被设置为将传感器定位成使得主波阵面从传感器到校准表面的路径长度对于经过扫面包迹线的每个射束角都大体相等。

因此，该校准试块可被用来校准具有信号灵敏度校准程序的角度扫描相控阵超声波测试扫描仪的信号灵敏度。可经过小于或等于校准表面的角度延伸的扫描包迹线进行校准。标准表面可被认为限定出声学反射“凸肩”，可设计该凸肩尺寸以使该校准试块可用作信号灵敏度校正以及另外用来设定合适增益水平的校准标准，因此简化校准过程。

输入表面相对于校准表面的中心轴线可以是大体上平行的。

输入表面相对于校准表面的切面可以是平行的。

可以根据设置该扫描仪所要检测的缺陷选择该校准表面的尺寸。

该标准表面具有半圆形轮廓。这有利于使根据本发明实施例的校准试块被用来校准经过扫描包迹线的信号灵敏度，扫描包迹线大于+50°>-50°并且在某些情况下可以接近+90°>-90°。第一主表面的外周边缘与中心轴线间隔开的距离比所述校准表面与中心轴线间隔开的距离大中心轴线和校准表面之间的距离的至少四分之一。

本发明的第二方面提供一种根据第一方面的校准试块的用途，该校准试块用来校准信号灵敏度和相控阵超声波测试扫描仪的增益。