[发明专利]一种管材或棒材横伤检测的超声相控阵探头系统

说明书

技术领域

本发明涉及管材或棒材超声检测的技术领域，尤其涉及一种管材或棒材横伤检测的超声相控阵探头系统。

背景技术

超声相控阵检测技术是近年发展起来的一种超声无损检测技术，这种技术能提高检测速度和检测信号的信噪比，具有快速、可靠、准确等特点。超声相控阵技术最主要的特点是采用超声阵列发射和阵列接收的方式，通过控制阵列上各个阵元激励信号的延时和幅度来控制声束的形状和方向，实现动态聚焦、扫描和检测。超声相控阵技术的出现提高了超声检测的精度和速度。

管材或棒材中的缺陷检测十分重要，需检测的缺陷主要有纵伤和横伤。横伤是指伤的长度方向垂直于管材或棒材的中心轴线，大多沿圆周方向分布。检测横伤时，需要在管材和棒材中产生横波，并使横波声束垂直于射到横伤上。对于超声相控阵技术，聚焦声束由相控阵探头产生，聚焦声束由水中斜入射到管材或棒材上，折射后产生的横波声束在管材和棒材中传播并垂直入射到横伤上。由于聚焦声束不在与管材或棒材轴线垂直的平面内，一般情况下，需在现有的柱形相控阵探头上安置一个楔块来改变声束的传播方向，使声束到达管棒或棒材表面的入射角处于第一临界角和第二临界角之间，从而在管材或棒材中产生横波并垂直入射到横伤上。由于声波经过楔块会带来声波能量的损耗，很大程度地降低了声波在横伤上的回波能量，降低了横伤检测的信噪比，可能造成漏检或误判。现有技术的相控阵探头中的晶片均是与管材或棒材的轴线平行布放的，进而形成柱形相控阵探头。

总之现有技术的横伤检测中，一般需要加入楔块来改变声束的传播方向，从而使得声束到达管材或棒材表面的入射角α处于第一临界角和第二临界角之间，使得在管材或棒材中只产生横波，并使横波垂直传播到横伤上。由于声波经过楔块时会带来能量的损耗，造成声波在横伤上的回波能量较小，降低了横伤检测的信噪比，甚至造成漏检和误判。

发明内容

本发明的目的在于，为克服现有技术在横伤检测中存在的诸多缺陷，从而提供一种管材或棒材横伤检测的超声相控阵探头系统。

为了实现上述目的，本发明提供一种管材或棒材横伤检测的超声相控阵探头系统，其特征在于，所述超声相控阵探头系统包含：若干相控阵探头，且所有相控阵探头组成一个绕管材或棒材外圆周分布的锥形圆台，所述锥形圆台的轴线与管材或棒材的轴线重合；

所述相控阵探头上的每个晶片与管材或棒材轴线形成的夹角都为α，此时每一晶片产生的声束入射到管材或棒材表面上的入射角都是α；

其中，所述角度α处在使管材或棒材中只产生横波的第一临界角和第二临界角之间。

可选的，上述晶片均匀分布在锥形圆台上。

当采用两个相控阵探头时，每个相控阵探头相对轴线形成的圆心角为180度。

当采用两个相控阵探头时，每个相控阵探头相对轴线形成的圆心角稍大于180度，即两个相控阵探头在垂直于管材或棒材平面上内投影的不重叠部分形成360度的覆盖范围。

可选的，上述相控阵探头的个数能够大于等于3个。

可选的，晶片之间的距离小于被检材料的横波波长。

上述相控阵各探头在管材或棒材轴线上前后错开，每个探头在各自的范围内对管材或棒材进行查扫并成像；其中，各探头在垂直于管材或棒材平面上的投影的重叠区域的图像采用求平均的方法进行处理。

综上所述，本发明提供的探头为相控阵探头，利用探头中各阵元的倾斜排布来控制声束方向，使得相控阵探头发射的聚焦声束直接斜入射到管材或棒材表面上，入射角α在第一临界角和第二临界角之间。由于去除了现有技术的方法中改变声束方向的楔块，避免了超声波束在楔块上的能量损耗，较大程度地提高横伤检测的信噪比。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

本发明提供的适用于管材或棒材横伤检测的超声相控阵探头系统利用探头阵元在空间上的倾斜排布来控制声束方向，使得相控阵探头每一阵元发射的声束不在垂直于管材或棒材的平面内，而是处在该阵元与管材或棒材中心轴线构成的平面内，并在管材或棒材表面斜入射到管材或棒材内，从而不需要传统方法中用于改变声束方向的楔块。这样的相控阵探头系统既消除了声束在通过楔块时的能量损耗，又能在管材或棒材的圆周方向上进行相控阵电子扫描与检测。

附图说明

图1是本发明的管材或棒材横伤检测的相控阵探头的声束入射示意图；

图2是本发明的理想情况下的相控阵探头各阵元晶片的分布及结构示意图；

图3是本发明适用于管材或棒材横伤检测的超声相控阵的探头系统及结构示意图。

具体实施方式