基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模成像方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113484421A(43)申请公布日2021.10.08(21)申请号202110749865.8(22)申请日2021.07.01(71)申请人中国工程物理研究院机械制造工艺研究所地址621000四川省绵阳市绵山路64号(72)发明人钟华孙凯华黄姝珂(74)专利代理机构成都行之专利代理事务所(普通合伙)51220代理人胡晓丽(51)Int.Cl.G01N29/06(2006.01)G01N29/44(2006.01)G01N21/17(2006.01)G06F17/16(2006.01)权利要求书2页说明书11页附图6页(54)发明名称基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模成像方法及系统(57)摘要本发明公开了基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模成像方法及系统，包括S1：根据样品尺寸和待测区域，确定激光超声的扫查方式与扫描路径；并根据样品材料确定超声波的波速；S2：根据步骤S1中确定的激光超声的扫查方式，计算成像区域的声场灵敏度图；S3：结合所述成像区域的声场灵敏度分布和不同模式超声波的传播特性，选定不同成像区域用于成像的最佳超声波模式，确定多模式组合成像的方案；其中超声波模式的选择是通过设定合成孔径算法公式中的声速来实现；S4：使用步骤S1确定的扫查方式和扫描路径得到回波数据，并根据步骤S3选定的超声波模式进行多模式组合合成孔径聚焦成像。本发明可减小盲区、消除伪像并提升成像质量的效率。CN113484421ACN113484421A权利要求书1/2页1.基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模组合成像方法，其特征在于，该方法包括：S1：根据样品尺寸和待测区域，确定激光超声的扫查方式与扫描路径；并根据样品材料确定超声波的波速；S2：根据步骤S1中确定的激光超声的扫查方式，计算成像区域的声场灵敏度图；所述成像区域的声场灵敏度图是将激光激发超声、干涉仪检测超声和缺陷反射超声的声场分布进行耦合得到；S3：结合所述成像区域的声场灵敏度分布和不同模式超声波的传播特性，选定不同成像区域用于成像的最佳超声波模式，确定多模式组合成像的方案；其中超声波模式的选择是通过设定合成孔径算法公式中的声速来实现的；S4：使用步骤S1确定的扫查方式和扫描路径得到回波数据，并根据步骤S3选定的超声波模式进行多模式组合合成孔径聚焦成像。2.根据权利要求1所述的基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模组合成像方法，其特征在于，步骤S1中的激光超声采用的激光源参数包括能量密度、脉冲时间、光斑半径。3.根据权利要求1所述的基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模组合成像方法，其特征在于，步骤S1中的激光超声的扫查方式采用固定激发点、多点探测的数据采集方式对样品进行扫描采集。4.根据权利要求1所述的基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模组合成像方法，其特征在于，步骤S2中的缺陷反射超声的声场分布由以下过程得到：根据给定的入射波模式、材料参数及超声波传播路径，采用反射和散射系数矩阵模型得到横波反射纵波的反射系数RSL、横波反射横波的反射系数RSS、纵波反射纵波的反射系数RLL、纵波反射横波的反射系数RLS；根据得到的RSL、RSS、RLL、RLS画出缺陷反射波的声场分布图；所述缺陷反射波的声场分布图包括缺陷反射纵波、缺陷反射纵波转横波、缺陷反射横波、缺陷反射横波转纵波；所述入射波模式包括横波S波、纵波L波，所述材料参数包括密度、杨氏模量、泊松比和热膨胀系数。5.根据权利要求4所述的基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模组合成像方法，其特征在于，所述成像区域的声场灵敏度图包括缺陷反射纵波灵敏度图、缺陷反射纵波转横波灵敏度图、缺陷反射横波灵敏度图、缺陷反射横波转纵波灵敏度图。6.根据权利要求1所述的基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模组合成像方法，其特征在于，步骤S3中的不同模式超声波包括SS波、SL波、LL波、LS波，其中：SS波为横波反射横波、SL波为横波反射纵波、LL波为纵波反射纵波、LS波为纵波反射横波。7.根据权利要求1所述的基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模组合成像方法，其特征在于，步骤S3中所述不同模式超声波的传播特性包括幅值、传播速度。8.根据权利要求1所述的基于合成孔径的激光超声内部缺陷多模组合成像方法，其特征在于，步骤S3中超声波模式的选择是通过设定合成孔径算法公式中的声速来实现的；其中，设定合成孔径算法公式如下：2CN113484421A权利要求书2/2页其中I(x,z)为聚焦点(x,z)处的幅值，N为激发源的扫描步数，v1、v2分别为所选模式波在材料中的传播速度，di1和di2分别为激发点和探测点与聚焦点之间的距离；当聚焦点(x,z)为缺陷时，探测光在时刻探测到的信号S(Mi,t)将会出现一个由缺陷反射