本發(fā)明涉及超聲無損檢測領域，具體而言，涉及一種相控陣電磁超聲方法和裝置。

背景技術：

相控陣列超聲檢測技術對缺陷顯示形象直觀、檢測精度較高，已經(jīng)在工業(yè)無損檢測中獲得了廣泛應用。目前，相關技術中的相控陣列超聲檢測主要采用壓電傳感器作為激勵接收裝置，儀器系統(tǒng)也是針對壓電傳感器設計的。盡管壓電傳感器在進行超聲檢測時具有換能效率高、檢測信號信噪比強的優(yōu)點，但也存在需要打磨被檢測對象表面、使用耦合劑、難以應用于高溫檢測的缺點。特別是在自動化在線檢測系統(tǒng)、檢測機器人應用中，往往需要開發(fā)輔助的打磨機構和噴水耦合機構，增加了系統(tǒng)的復雜性，也給使用帶來了諸多不便。

近年來興起的電磁超聲傳感器具有無需打磨材料表面、無需耦合劑、非接觸檢測、適用于高溫檢測的優(yōu)點，可彌補壓電傳感器的許多缺點。然而電磁超聲傳感器具有換能效率低、檢測信號能量弱、不易產(chǎn)生大范圍的角度偏轉產(chǎn)生斜入射聲波等缺點。因此，目前電磁超聲主要用于直入射測厚，且回波靈敏度低，難用于探傷，而且，還難以用于需要斜入射進行缺陷檢測的場合，如焊縫檢測。

針對相關技術中利用壓電傳感器進行超聲檢測時需要打磨被檢測對象表面、使用耦合劑、難以應用于高溫檢測，利用電磁超聲傳感器進行超聲檢測時較難實現(xiàn)大角度斜入射檢測、能量轉換效率低，回波靈敏度差，較難用于探傷的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種相控陣電磁超聲方法和裝置，以至少解決相關技術中利用壓電傳感器進行超聲檢測時需要打磨被檢測對象表面、使用耦合劑、難以應用于高溫檢測，利用電磁超聲傳感器進行超聲檢測時較難實現(xiàn)大角度斜入射檢測、能量轉換效率低，回波靈敏度差，較難用于探傷的技術問題。

根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種相控陣電磁超聲裝置，包括：信號源，用于產(chǎn)生預定波形的激勵信號，其中，激勵信號的功率大于等于閾值，激勵信號用于激勵相控陣列激勵電磁超聲傳感器產(chǎn)生超聲波；通道選通器，與信號源和相控陣列電磁超聲傳感器連接，用于接通相控陣列電磁超聲傳感器中的陣元；以及相控陣列電磁超聲傳感器，與通道選通器連接，相控陣列電磁超聲傳感器包括多個陣元，在陣元被通道選通器接通之后，陣元在激勵信號的作用下產(chǎn)生超聲波以及接收被檢測對象中的回波，其中，回波用于生成被檢測對象的檢測結果。

進一步地，通道選通器用于根據(jù)預先設定的激勵和規(guī)則接通相控陣列電磁超聲傳感器中的陣元。

進一步地，還包括：集線器，連接在通道選通器和相控陣列電磁超聲傳感器之間，用于將通道選通器和相控陣列電磁超聲傳感器的陣元連通。

進一步地，還包括:多通道信號調理器，與相控陣列電磁超聲傳感器連接，用于阻斷功率大于等于閾值的激勵信號通過，允許相控陣列電磁超聲傳感器接收到的回波通過，并對回波進行放大處理。

進一步地，多通道信號調理器每個通道由雙工器和前置放大器組成，其中，雙工器用于阻斷功率大于等于閾值的激勵信號通過，允許相控陣列電磁超聲傳感器接收到的回波通過，前置放大器用于對回波進行放大處理。

進一步地，還包括:上位機，與多通道信號調理器連接，用于接收多通道信號調理器處理后的回波，并根據(jù)處理后的回波生成被檢測對象的檢測結果。

進一步地，上位機用于以下至少之一：控制信號源的激勵和輸出波形、回波接收記錄、信號處理、檢測成像。

進一步地，還包括：多通道信號采集器，分別與多通道信號調理器和上位機連接，用于對多通道信號調理器處理后的回波進行采集，并發(fā)送給上位機。

進一步地，超聲波和回波分別包括以下至少之一：橫波、縱波。

進一步地，被檢測對象為導電材料或非導電材料，其中，非導電材料的被檢測對象表面設置有用于激勵產(chǎn)生超聲波的輔助裝置。

根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種相控陣電磁超聲方法，包括：產(chǎn)生預定波形的激勵信號，其中，激勵信號的功率大于等于閾值，激勵信號用于激勵相控陣列電磁超聲傳感器產(chǎn)生超聲波；通過相控陣列電磁超聲傳感器向被檢測對象發(fā)射超聲波；接收被檢測對象的回波；以及根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測結果。

進一步地，根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測結果包括：根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測區(qū)域的二維截面成像。

進一步地，根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測區(qū)域的二維截面成像包括：將檢測區(qū)域網(wǎng)格化，并對網(wǎng)格化后的檢測區(qū)域生成像素坐標；計算每個網(wǎng)格的傳播時間矩陣；根據(jù)傳播時間矩陣在每個像素點以信號特征量分別進行疊加得到二維截面成像。

進一步地，將檢測區(qū)域網(wǎng)格化，并對網(wǎng)格化后的檢測區(qū)域生成像素坐標包括：將檢測區(qū)域劃分成X×Y個網(wǎng)格，其中，在橫坐標方向上將檢測區(qū)域劃分為X份，在縱坐標方向上將檢測區(qū)域劃分為Y份，其中，每個網(wǎng)格對應一個像素點；獲取每個像素點的坐標，其中，像素點的坐標為與像素點對應的網(wǎng)絡在檢測區(qū)域中的位置。

進一步地，計算每個網(wǎng)格的傳播時間矩陣包括：獲取信號矩陣，其中，信號矩陣中包括信號S_ij，信號S_ij為第i個發(fā)射陣元發(fā)射、第j個接收陣元接收的超聲波傳播信號；根據(jù)信號矩陣計算每個網(wǎng)絡的傳播時間矩陣，其中，傳播時間矩陣中包括T_ij，且其中，A為網(wǎng)格對應的像素點，v為波速，|T_iA|和|R_jA|分別為發(fā)射陣元T_i和接收陣元R_j到網(wǎng)格對應的像素點的距離。

進一步地，根據(jù)傳播時間矩陣在每個像素點以信號特征量分別進行疊加得到二維截面成像包括：按照以下步驟分別計算每個像素點的色彩值，形成檢測區(qū)域的二維截面成像：以像素點處的傳播時間矩陣作為時間索引，提取信號矩陣中每個信號的對應量；將信號矩陣中每個信號的對應量進行疊加，計算像素點的色彩值。

進一步地，通過相控陣列電磁超聲傳感器向被檢測對象發(fā)射超聲波包括：將激勵信號分別輸入到每個陣元，其中，N為陣元的數(shù)量；并接收被檢測對象的回波包括：每輸入到一個陣元中，則接收來自所有陣元的回波，得到N個信號；接收每個陣元輸入激勵信號后得到的N×N個信號。

根據(jù)本發(fā)明實施例的一個方面，提供了一種相控陣電磁超聲裝置，包括：產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生預定波形的激勵信號，其中，激勵信號的功率大于等于閾值，激勵信號用于激勵相控陣列電磁超聲傳感器產(chǎn)生超聲波；發(fā)射單元，用于通過相控陣列電磁超聲傳感器向被檢測對象發(fā)射超聲波；接收單元，用于接收被檢測對象的回波；以及生成單元，用于根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測結果。

進一步地，生成單元包括：生成模塊，用于根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測區(qū)域的二維截面成像。

進一步地，生成模塊包括：生成模塊，用于將檢測區(qū)域網(wǎng)格化，并對網(wǎng)格化后的檢測區(qū)域生成像素坐標；計算模塊，用于計算每個網(wǎng)格的傳播時間矩陣；疊加模塊，用于根據(jù)傳播時間矩陣在每個像素點以信號特征量分別進行疊加得到二維截面成像。

進一步地，生成模塊包括：劃分模塊，用于將檢測區(qū)域劃分成X×Y個網(wǎng)格，其中，在橫坐標方向上將檢測區(qū)域劃分為X份，在縱坐標方向上將檢測區(qū)域劃分為Y份，其中，每個網(wǎng)格對應一個像素點；第一獲取模塊，用于獲取每個像素點的坐標，其中，像素點的坐標為與像素點對應的網(wǎng)絡在檢測區(qū)域中的位置。

進一步地，計算模塊包括：第二獲取模塊，用于獲取信號矩陣，其中，信號矩陣中包括信號S_ij，信號S_ij為第i個發(fā)射陣元發(fā)射、第j個接收陣元接收的超聲波傳播信號；第一計算子模塊，用于根據(jù)信號矩陣計算每個網(wǎng)絡的傳播時間矩陣，其中，傳播時間矩陣中包括T_ij，且其中，A為網(wǎng)格對應的像素點，v為波速，|T_iA|和|R_jA|分別為發(fā)射陣元T_i和接收陣元R_j到網(wǎng)格對應的像素點的距離。

進一步地，疊加模塊包括：第二計算子模塊，用于通過以下子模塊分別計算每個像素點的色彩值，形成檢測區(qū)域的二維截面成像：提取子模塊，用于以像素點處的傳播時間矩陣作為時間索引，提取信號矩陣中每個信號的對應量；疊加子模塊，用于將信號矩陣中每個信號的對應量進行疊加，計算像素點的色彩值。

進一步地，發(fā)射單元包括：輸入模塊，用于將激勵信號分別輸入到每個陣元，其中，N為陣元的數(shù)量；接收單元包括：第一接收模塊，用于每輸入到一個陣元中，則接收來自所有陣元的回波，得到N個信號；第二接收模塊，用于接收每個陣元輸入激勵信號后得到的N×N個信號。

在本發(fā)明實施例中，通過產(chǎn)生預定波形的激勵信號，其中，激勵信號的功率大于等于閾值，激勵信號用于激勵相控陣列電磁超聲傳感器產(chǎn)生超聲波；通過相控陣列電磁超聲傳感器向被檢測對象發(fā)射超聲波；接收被檢測對象的回波；以及根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測結果的方式，解決了相關技術中利用壓電傳感器進行超聲檢測時需要打磨被檢測對象表面、使用耦合劑、難以應用于高溫檢測，利用電磁超聲傳感器進行超聲檢測時較難實現(xiàn)大角度斜入射檢測、能量轉換效率低，回波靈敏度差，較難用于探傷的技術問題，進而達到了無需打磨被檢測對象表面，無需耦合劑，即可以實現(xiàn)高溫檢測，使用大角度斜入射檢測，提高能量轉換效率和回波靈敏度的效果。

附圖說明

此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選的相控陣電磁超聲裝置的示意圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的另一種可選的相控陣電磁超聲裝置的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選的相控陣電磁超聲方法的流程圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的相控陣電磁超聲方法的檢測流程圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的相控陣列電磁超聲檢測成像原理圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的激勵接收數(shù)據(jù)矩陣的示意圖；

圖7是根據(jù)本發(fā)明實施例的被檢測對象的檢測區(qū)域的成像流程圖；以及

圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的相控陣電磁超聲裝置的示意圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分的實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發(fā)明保護的范圍。

需要說明的是，本發(fā)明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數(shù)據(jù)在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發(fā)明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產(chǎn)品或設備固有的其它步驟或單元。

根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種相控陣電磁超聲裝置的實施例。需要說明的是，該實施例的相控陣電磁超聲裝置能夠實現(xiàn)對被檢測對象進行超聲無損檢測。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選的相控陣電磁超聲裝置的示意圖，如圖1所示，該相控陣電磁超聲裝置可以包括：信號源10、通道選通器20以及相控陣列電磁超聲傳感器30，具體地：

信號源10，可以用于產(chǎn)生預定波形的激勵信號，例如脈沖信號、若干周期的方波、若干周期的正弦波、窗函數(shù)調制波形等。信號源10產(chǎn)生的激勵信號可以用于激勵相控陣列激勵電磁超聲傳感器30產(chǎn)生超聲波。此處需要說明的是，信號源10產(chǎn)生的激勵信號的功率大于等于閾值，其中，閾值可以根據(jù)實際應用需求設定或調整，本發(fā)明實施例對閾值不做具體限定。

通道選通器20，可以與信號源10和相控陣列電磁超聲傳感器30連接。如圖1所示，通道選通器20可以通過多個通道與相控陣列電磁超聲傳感器30相連接，其中，通道的個數(shù)可以與相控陣列電磁超聲傳感器30中包括的陣元個數(shù)相同，也即一個通道對應連接一個陣元。通道選通器20通過控制多個通道中的任意一個通道接通可以實現(xiàn)接通相控陣列電磁超聲傳感器30中與該接通的通道相對應的陣元?？蛇x地，通道選通器20可以按照預先設定的激勵、接收規(guī)則接通相控陣列電磁超聲傳感器30中的陣元，以激勵接通的陣元產(chǎn)生超聲波，其中，預先設定的激勵、接收規(guī)則可以根據(jù)實際需求進行設定或調整，本發(fā)明實施例對其不做具體限定。

相控陣列電磁超聲傳感器30，可以與通道選通器20連接。相控陣列電磁超聲傳感器30可以包括多個陣元，每個陣元對應一個通道，在陣元被通道選通器20接通之后，陣元可以在信號源10產(chǎn)生的激勵信號的作用下產(chǎn)生超聲波，該超聲波發(fā)射到被檢測對象之后，被檢測對象可以反射回波，陣元可以接收被檢測對象中的回波，利用接收到的回波可以生成并分析被檢測對象的檢測結果。此處需要說明的是，本發(fā)明實施例對相控陣列電磁超聲傳感器30中所包括的陣元的個數(shù)不做具體限定。還需要說明的是，相控陣列電磁超聲傳感器30激勵產(chǎn)生的超聲波和接收的回波可以為縱波，也可以為橫波，或者是橫波、縱波兩種模式。

作為一種可選的實施例，如圖2所示，該實施例的相控陣電磁超聲裝置除了包括上述實施例中的信號源10、通道選通器20以及相控陣列電磁超聲傳感器30之外，還可以包括：集線器40、多通道信號調理器50、多通道信號采集器60以及上位機70，具體地：

集線器40，可以連接在通道選通器20和相控陣列電磁超聲傳感器30之間，主要用于將通道選通器20和相控陣列電磁超聲傳感器30的陣元對應連通。如圖2所示，相控陣列電磁超聲傳感器30中包括的多個陣元中的每個陣元均可以通過集線器40與通道選通器20、多通道信號調理器50對應通道相聯(lián)。此處需要說明的是，該實施例中的集線器40并非是本發(fā)明的相控陣電磁超聲裝置的必須部件，集線器40只是本發(fā)明的一種可選實施例，以任意方式只要能夠實現(xiàn)通道選通器20、相控陣列電磁超聲傳感器30、多通道信號調理器50對應通道互聯(lián)的裝置均可以替代集線器40。

多通道信號調理器50，可以通過集線器40與相控陣列電磁超聲傳感器30對應通道連接，可以用于對相控陣列電磁超聲傳感器30接收到的回波進行調理。相控陣列電磁超聲傳感器30中各陣元接收到回波后，可以將回波輸入多通道信號調理器50的對應通道?？蛇x地，多通道信號調理器50可以包括多個通道，每個通道均可以包括雙工器和信號放大器，其中，雙工器可以用于允許功率小于上述閾值的信號通過；信號放大器可以用于對回波信號進行放大，信號放大器優(yōu)選為前置放大器，如圖2所示，多通道信號調理器50的每個通道均由雙工器501和前置放大器502組成。雙工器501可以具有限伏通過的功能，只允許小信號通過，使得激勵時來自信號源10的大功率激勵信號只有很微弱的信號進入前置放大器502，而相控陣列電磁超聲傳感器30接收的回波信號則能全部通過，從而對前置放大器502形成保護，并防止產(chǎn)生沖擊飽和。前置放大器502可以為微弱信號線性放大器，可放大來自相控陣列電磁超聲傳感器30的幾十到幾百微伏的回波信號，前置放大器502輸出的信號可以被多通道信號采集電路60有效采集到。

多通道信號采集器60，可以與多通道信號調理器50和上位機70連接。相控陣列電磁超聲傳感器30中各陣元接收到的回波信號經(jīng)多通道信號調理器50調整放大后，可以輸入至多通道信號采集器60。多通道信號采集器60可以對多通道信號調理器50調整后的回波信號進行采集，并發(fā)送給上位機，以實現(xiàn)對各個通道接收到的回波信號的記錄。

上位機70，可以與信號源10和多通道信號采集器60相連接，可以用于接收多通道信號采集器60采集到的調整后的回波信號，并根據(jù)調整后的回波信號生成被檢測對象的檢測結果。除此之外，上位機70還可以用于控制信號源10的激勵和輸出波形、控制多通道信號調理器50對回波信號進行處理、控制多通道信號采集器60對回波信號的記錄以及根據(jù)回波信號生成被檢測對象的檢測成像等。

需要說明的是，本發(fā)明實施例中的被檢測對象可以為導電材料，也可以為非導電材料。若被檢測對象為非導電材料時，需在被檢測對象的表面增加可以激勵產(chǎn)生電磁超聲波的輔助裝置，如采用帶有磁滯伸縮材料片的相控陣列電磁超聲傳感器，并通過耦合劑耦合入被檢測對象中，或直接在被檢測對象表面局部區(qū)域噴涂導體材料。

本發(fā)明實施例的相控陣電磁超聲裝置，從應用的角度，能夠解決壓電傳感器應用時需要打磨被檢測對象表面、使用耦合劑、難以應用于高溫檢測的問題，此外還能解決電磁超聲傳感器較難實現(xiàn)大角度(35°以上)斜入射檢測、以及能量轉換效率低，回波靈敏度差，較難用于探傷的問題。從方法原理的角度，相控陣列電磁超聲激勵信號瞬態(tài)功率達kW級以上，同時各陣元寬度較大，難以采用類似壓電相控陣列超聲利用各通道間延時控制實現(xiàn)聲束的偏轉、聚焦合成、成像的方式，使得常規(guī)壓電相控陣列超聲的技術原理無法適用于電磁超聲相控陣列。

根據(jù)本發(fā)明實施例，還提供了一種相控陣電磁超聲方法的實施例，需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。

需要說明的是，該實施例的相控陣電磁超可以應用于本發(fā)明上述實施例中的相控陣電磁超聲裝置，通過對相控陣列電磁超聲傳感器全矩陣激勵接收信號延時疊加處理，實現(xiàn)對被檢測對象的整個檢測區(qū)域的特征量疊加成像。此相控陣電磁超聲方法適用于所有陣列類型(如一維線陣、環(huán)陣、面陣、彎曲面陣列等)的相控陣列電磁超聲傳感器。

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種可選的相控陣電磁超聲方法的流程圖，如圖3所示，該方法包括如下步驟：

步驟S102，產(chǎn)生預定波形的激勵信號，其中，激勵信號的功率大于等于閾值，激勵信號用于激勵相控陣列電磁超聲傳感器產(chǎn)生超聲波；

步驟S104，通過相控陣列電磁超聲傳感器向被檢測對象發(fā)射超聲波；

步驟S106，接收被檢測對象的回波；

步驟S108，根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測結果。

通過上述步驟，可以解決相關技術中利用壓電傳感器進行超聲檢測時需要打磨被檢測對象表面、使用耦合劑、難以應用于高溫檢測，利用電磁超聲傳感器進行超聲檢測時較難實現(xiàn)大角度斜入射檢測、能量轉換效率低，回波靈敏度差，較難用于探傷的技術問題，進而達到無需打磨被檢測對象表面，無需耦合劑，即可以實現(xiàn)高溫檢測，使用大角度斜入射檢測，提高能量轉換效率和回波靈敏度的效果。

需要說明的是，上述步驟S102可以由本發(fā)明上述實施例的相控陣電磁超聲裝置中的信號源10執(zhí)行，信號源10可以產(chǎn)生預定波形的激勵信號，例如脈沖信號、若干周期的方波、若干周期的正弦波、窗函數(shù)調制波形等。信號源10產(chǎn)生的激勵信號可以用于激勵相控陣列激勵電磁超聲傳感器30產(chǎn)生超聲波。此處需要說明的是，信號源10產(chǎn)生的激勵信號的功率大于等于閾值，其中，閾值可以根據(jù)實際應用需求設定或調整，本發(fā)明實施例對閾值不做具體限定。

上述步驟S104可以由本發(fā)明上述實施例的相控陣電磁超聲裝置中的相控陣列電磁超聲傳感器30中的陣元執(zhí)行，陣元本發(fā)明上述實施例的相控陣電磁超聲裝置中的通過通道選通器20與信號源10接通，在信號源10發(fā)出的激勵信號的激勵下產(chǎn)生超聲波，相控陣列電磁超聲傳感器30中的陣元產(chǎn)生的超聲波可以發(fā)射至被檢測對象。此處需要說明的是，關于通道選通器20和相控陣列電磁超聲傳感器30已經(jīng)在本發(fā)明上述實施例的相控陣電磁超聲裝置中進行了詳細介紹，此處不再贅述。

上述步驟S106和步驟S108可以由本發(fā)明上述實施例的相控陣電磁超聲裝置中的上位機70執(zhí)行，具體地，相控陣列電磁超聲傳感器30中的陣元在向被檢測對象發(fā)射超聲波之后，被檢測對象可以反射回波，相控陣列電磁超聲傳感器30可以將接收到的回波通過本發(fā)明上述實施例的相控陣電磁超聲裝置中的多通道信號調理器50和多通道信號采集器60發(fā)送給上位機70，上位機70在接收到被檢測對象的回波信號后，可以根據(jù)該回波信號生成被檢測對象的檢測結果。此處需要說明的是，關于多通道信號調理器50、多通道信號采集器60以及上位機70已經(jīng)在本發(fā)明上述實施例的相控陣電磁超聲裝置中進行了詳細介紹，此處不再贅述。

在實際應用場景中，該實施例的相控陣電磁超聲方法的檢測流程可以如圖4所示，具體可以包括以下步驟：

步驟S11，信號源產(chǎn)生大功率激勵信號。

步驟S12，設置i為相控陣列電磁超聲傳感器中陣元的編號，陣元個數(shù)為N，且設置初始狀態(tài)i＝0。

步驟S13，執(zhí)行i＝i+1，并將激勵信號輸入第i個陣元，其中，陣元受激勵后在被檢測對象中產(chǎn)生超聲波。

步驟S14，相控陣列電磁超聲傳感器中的所有陣元均接收被檢測對象中的回波，其中，該回波經(jīng)多通道信號調理器和多通道信號采集器，被上位機記錄，完成一組激勵接收過程，獲得第1個陣元激勵，所有陣元接收的N個信號。

步驟S15，判斷i是否等于N，若不等于，則返回步驟S13；若等于則說明激勵信號遍歷完所有的電磁超聲陣元，每次激勵中，所有陣元均同時接收檢測回波信號，最終獲得N×N個回波信號，完成一次檢測過程。

步驟S16，形成N×N的激勵接收數(shù)據(jù)矩陣，其中，該矩陣中包括N×N個回波信號，利用該矩陣可以生成被檢測對象的檢測結果。

作為一種可選地實施例，步驟S108根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測結果可以包括：步驟S1082，根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測區(qū)域的二維截面成像。

需要說明的是，該實施例在完成圖4所示的檢測過程之后，可以獲取N×N的激勵接收數(shù)據(jù)矩陣，然后通過對回波信號進行相應處理可以根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測區(qū)域的二維截面成像，通過直接對二維截面成像進行分析，可以達到直觀、清楚地反映被檢測對象的檢測結果的效果。

作為一種可選的實施例，步驟S1082根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測區(qū)域的二維截面成像可以包括以下步驟：

步驟S10822，將檢測區(qū)域網(wǎng)格化，并對網(wǎng)格化后的檢測區(qū)域生成像素坐標；

步驟S10824，計算每個網(wǎng)格的傳播時間矩陣；

步驟S10826，根據(jù)傳播時間矩陣在每個像素點以信號特征量分別進行疊加得到二維截面成像。

需要說明的是，為了更好地對上述步驟進行說明，下面將結合具體實例和附圖詳細說明：

在步驟S10822提供的技術方案中，具體可以包括：子步驟S22，將檢測區(qū)域劃分成X×Y個網(wǎng)格，其中，在橫坐標方向上將檢測區(qū)域劃分為X份，在縱坐標方向上將檢測區(qū)域劃分為Y份，其中，每個網(wǎng)格對應一個像素點；子步驟S24，獲取每個像素點的坐標，其中，像素點的坐標為與像素點對應的網(wǎng)絡在檢測區(qū)域中的位置。

需要說明的是，該實施例首先將被檢測對象的檢測區(qū)域網(wǎng)格化,如圖5所示，按圖示坐標，x方向劃分為X份，y方向劃分為Y份，則網(wǎng)格總數(shù)為X×Y個，每一個網(wǎng)格代表成像時的一個像素點。例如，任意一個像素點A(x,y)，其中x表示像素點A的橫坐標值，y表示像素點A的縱坐標值。還需要說明的是，網(wǎng)格劃分個數(shù)主要依據(jù)檢測時額成像計算速度。為了獲得高分辨率的圖像，同時保證成像時的計算速度，可以先劃分較粗的網(wǎng)格，計算各網(wǎng)格的色彩值，再采用插值算法，實現(xiàn)細分網(wǎng)格色彩的計算。

在步驟S10824提供的技術方案中，具體可以包括：子步驟S42，獲取信號矩陣，其中，信號矩陣中包括信號S_ij，信號S_ij為第i個發(fā)射陣元發(fā)射、第j個接收陣元接收的超聲波傳播信號；子步驟S44，根據(jù)信號矩陣計算每個網(wǎng)絡的傳播時間矩陣，其中，傳播時間矩陣中包括T_ij，且其中，A為網(wǎng)格對應的像素點，v為波速，|T_iA|和|R_jA|分別為發(fā)射陣元Ti和接收陣元R_j到網(wǎng)格對應的像素點的距離。

需要說明的是，檢測信號是N個陣元依次激勵，所有陣元同時接收得到的信號矩陣S，如圖6所示，下標i表示發(fā)射陣元編號，下標j表示接收陣元編號，則S_ij表示編號為i的陣元T_i發(fā)射，編號為j的陣元R_j接收的超聲波傳播信號。假設激勵陣元輻射的波動場覆蓋整個成像區(qū)域，則每一組信號S_ij(t)都包含了整個波動場的信息。假設A(x,y)為成像區(qū)域中的任意一像素點，信號矩陣S中的每一組信號在傳播過程中都要經(jīng)過點A，從而包含A處的信息,此信息包含在超聲波經(jīng)過A點時的信息中。為了提取這些信息，需確定每一組信號經(jīng)過A點時的時間T。則信號S_ij中包含A點信息的對應時刻T_ij為：其中，|T_iA|和|R_jA|分別為發(fā)射陣元T_i和接收陣元R_j到像素點A的距離，v為波速。該實施例通過對信號矩陣S中的每一組信號S_ij求解T_ij，可以得到像素A點的傳播時間矩陣T。

在步驟S10826提供的技術方案中，具體可以包括：子步驟S62，按照以下步驟分別計算每個像素點的色彩值，形成檢測區(qū)域的二維截面成像：子步驟S622，以像素點處的傳播時間矩陣作為時間索引，提取信號矩陣中每個信號的對應量；子步驟S624，將信號矩陣中每個信號的對應量進行疊加，計算像素點的色彩值。

需要說明的是，該實施例通過上述子步驟S622至子步驟S624按像素化后的網(wǎng)格分別計算每一個像素點的色彩值，形成檢測區(qū)域的成像，具體成像過程可以如圖7所示，具體可以包括以下步驟：

步驟S71，將N×N的激勵接收數(shù)據(jù)矩陣S_NN成像區(qū)域網(wǎng)格化為A_XY。

步驟S72，求解信號特征量，例如以檢測信號S的某一特征量作為成像參量，如以信號包絡線的幅值S^env作為參量。

在每個像素點以信號特征量分別進行疊加實現(xiàn)成像的過程如下步驟S73至步驟S75:

步驟S73，求解像素點的時間索引矩陣T_ij。

步驟S74，求解像素點的對應特征量矩陣，例如，以像素點A處的傳播時間矩陣T作為時間索引，提取每個信號中的對應量。如信號S_ij，以信號包絡線幅值作為特征量，其對應的時間索引為T_ij，則提取出的對應量為

步驟S75，疊加求解像素點的色彩值，將信號矩陣S中各組信號提取出的A點的對應量進行疊加，作為A點的色彩值：

步驟S76，判斷是否計算完成像區(qū)域中所有網(wǎng)格的色彩，若是則執(zhí)行步驟S77；若不是則返回執(zhí)行步驟S73至步驟S75。

步驟S77，以成像區(qū)域網(wǎng)格各點的色彩值進行成像。

需要說明的是，該實施例通過上述步驟可以在獲取N×N的激勵接收數(shù)據(jù)矩陣之后，通過對回波信號進行相應處理可以根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測區(qū)域的二維截面成像，進而實現(xiàn)直接對二維截面成像進行分析，便可以直觀、清楚地反映被檢測對象的檢測結果的效果。

本發(fā)明實施例的相控陣電磁超聲方法通過產(chǎn)生預定波形的激勵信號，其中，激勵信號的功率大于等于閾值，激勵信號用于激勵相控陣列電磁超聲傳感器產(chǎn)生超聲波；通過相控陣列電磁超聲傳感器向被檢測對象發(fā)射超聲波；接收被檢測對象的回波；以及根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測結果的方式，解決了相關技術中利用壓電傳感器進行超聲檢測時需要打磨被檢測對象表面、使用耦合劑、難以應用于高溫檢測，利用電磁超聲傳感器進行超聲檢測時較難實現(xiàn)大角度斜入射檢測、能量轉換效率低，回波靈敏度差，較難用于探傷的技術問題，進而達到了無需打磨被檢測對象表面，無需耦合劑，即可以實現(xiàn)高溫檢測，使用大角度斜入射檢測，提高能量轉換效率和回波靈敏度的效果。

根據(jù)本發(fā)明實施例，還提供了另一種相控陣電磁超聲裝置的實施例，需要說明的是，該相控陣電磁超聲裝置可以用于執(zhí)行本發(fā)明實施例中的相控陣電磁超聲方法，本發(fā)明實施例中的相控陣電磁超聲方法可以在該相控陣電磁超聲裝置中執(zhí)行。

圖8是根據(jù)本發(fā)明實施例的相控陣電磁超聲裝置的示意圖，如圖8所示，該裝置可以包括：

產(chǎn)生單元22，用于產(chǎn)生預定波形的激勵信號，其中，激勵信號的功率大于等于閾值，激勵信號用于激勵相控陣列電磁超聲傳感器產(chǎn)生超聲波；發(fā)射單元24，用于通過相控陣列電磁超聲傳感器向被檢測對象發(fā)射超聲波；接收單元26，用于接收被檢測對象的回波；以及生成單元28，用于根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測結果。

需要說明的是，該實施例中的產(chǎn)生單元22可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S102，該實施例中的發(fā)射單元24可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S104，該實施例中的接收單元26可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S106，該實施例中的生成單元28可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S108。上述模塊與對應的步驟所實現(xiàn)的示例和應用場景相同，但不限于上述實施例所公開的內(nèi)容。

可選地，生成單元28可以包括：生成模塊282，用于根據(jù)回波生成被檢測對象的檢測區(qū)域的二維截面成像。

需要說明的是，該實施例中的生成模塊282可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S1082。上述模塊與對應的步驟所實現(xiàn)的示例和應用場景相同，但不限于上述實施例所公開的內(nèi)容。

可選地，生成模塊282可以包括：生成模塊2822，用于將檢測區(qū)域網(wǎng)格化，并對網(wǎng)格化后的檢測區(qū)域生成像素坐標；計算模塊2824，用于計算每個網(wǎng)格的傳播時間矩陣；疊加模塊2826，用于根據(jù)傳播時間矩陣在每個像素點以信號特征量分別進行疊加得到二維截面成像。

需要說明的是，該實施例中的生成模塊2822可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S10822，該實施例中的計算模塊2824可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S10824，該實施例中的疊加模塊2826可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S10826。上述模塊與對應的步驟所實現(xiàn)的示例和應用場景相同，但不限于上述實施例所公開的內(nèi)容。

可選地，生成模塊2822可以包括：劃分模塊28222，用于將檢測區(qū)域劃分成X×Y個網(wǎng)格，其中，在橫坐標方向上將檢測區(qū)域劃分為X份，在縱坐標方向上將檢測區(qū)域劃分為Y份，其中，每個網(wǎng)格對應一個像素點；第一獲取模塊28224，用于獲取每個像素點的坐標，其中，像素點的坐標為與像素點對應的網(wǎng)絡在檢測區(qū)域中的位置。

需要說明的是，該實施例中的劃分模塊28222可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S22，該實施例中的第一獲取模塊28224可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S24。上述模塊與對應的步驟所實現(xiàn)的示例和應用場景相同，但不限于上述實施例所公開的內(nèi)容。

可選地，計算模塊2824可以包括：第二獲取模塊28242，用于獲取信號矩陣，其中，信號矩陣中包括信號S_ij，信號S_ij為第i個發(fā)射陣元發(fā)射、第j個接收陣元接收的超聲波傳播信號；第一計算子模塊28244，用于根據(jù)信號矩陣計算每個網(wǎng)絡的傳播時間矩陣，其中，傳播時間矩陣中包括T_ij，且其中，A為網(wǎng)格對應的像素點，v為波速，|T_iA|和|R_jA|分別為發(fā)射陣元T_i和接收陣元R_j到網(wǎng)格對應的像素點的距離。

需要說明的是，該實施例中的第二獲取模塊28242可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S42，該實施例中的第一計算子模塊28244可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S44。上述模塊與對應的步驟所實現(xiàn)的示例和應用場景相同，但不限于上述實施例所公開的內(nèi)容。

可選地，疊加模塊2826可以包括：第二計算子模塊28262，用于通過以下子模塊分別計算每個像素點的色彩值，形成檢測區(qū)域的二維截面成像：提取子模塊282622，用于以像素點處的傳播時間矩陣作為時間索引，提取信號矩陣中每個信號的對應量；疊加子模塊282624，用于將信號矩陣中每個信號的對應量進行疊加，計算像素點的色彩值。

需要說明的是，該實施例中的第二計算子模塊28262可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S62，該實施例中的提取子模塊282622可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S622，該實施例中的疊加子模塊282624可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S624。上述模塊與對應的步驟所實現(xiàn)的示例和應用場景相同，但不限于上述實施例所公開的內(nèi)容。

可選地，發(fā)射單元24可以包括：輸入模塊242，用于將激勵信號分別輸入到每個陣元，其中，N為陣元的數(shù)量；接收單元26可以包括：第一接收模塊262，用于每輸入到一個陣元中，則接收來自所有陣元的回波，得到N個信號；第二接收模塊264，用于接收每個陣元輸入激勵信號后得到的N×N個信號。

需要說明的是，該實施例中的輸入模塊242可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S1042，該實施例中的第一接收模塊262可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S1062，該實施例中的第二接收模塊264可以用于執(zhí)行本申請實施例中的步驟S1064。上述模塊與對應的步驟所實現(xiàn)的示例和應用場景相同，但不限于上述實施例所公開的內(nèi)容。

本發(fā)明實施例的相控陣電磁超聲裝置可以相關技術中利用壓電傳感器進行超聲檢測時需要打磨被檢測對象表面、使用耦合劑、難以應用于高溫檢測，利用電磁超聲傳感器進行超聲檢測時較難實現(xiàn)大角度斜入射檢測、能量轉換效率低，回波靈敏度差，較難用于探傷的技術問題，進而達到無需打磨被檢測對象表面，無需耦合劑，即可以實現(xiàn)高溫檢測，使用大角度斜入射檢測，提高能量轉換效率和回波靈敏度的效果。

需要說明的是，本發(fā)明能夠實現(xiàn)以下有益效果：

1、本發(fā)明進行相控陣列超聲檢測，無需打磨被檢材料表面、使用耦合劑，便用應用于不能打磨材料表面的檢測，如表面有防銹漆層且不允許破壞，石油化工設備檢測時周圍有易燃易爆介質。此外，由于本發(fā)明使用的相控陣列電磁超聲傳感器，可用于高溫材料檢測(可達780℃)。

2、超聲波焊縫檢測實際需求量大，一般需要從焊縫兩側進行檢測，檢測區(qū)域為在傳感器側面，聲束需斜向入射。電磁超聲斜入射傳感器斜向偏轉角度最大約32。，較難實現(xiàn)大角度范圍的偏轉，使得單線圈的電磁超聲斜入射傳感器難以應用于焊縫檢測中。本發(fā)明可以實現(xiàn)檢測區(qū)域的成像，突破了目前單一電磁超聲斜入射傳感器偏轉角小的限制，能實現(xiàn)較大偏轉角度區(qū)域的缺陷檢測，解決了電磁超聲檢測焊縫的問題。

3、相控陣列電磁超聲激勵信號瞬態(tài)功率達kW級以上，同時各陣元寬度較大，難以采用類似壓電相控陣列超聲利用各通道間延時控制實現(xiàn)聲束的偏轉、聚焦合成、成像的方式，使得常規(guī)壓電相控陣列超聲的技術原理無法適用于電磁超聲相控陣。本發(fā)明可以很好地解決了上述問題，實現(xiàn)了相控陣列電磁超聲檢測技術。

上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。

在本發(fā)明的上述實施例中，對各個實施例的描述都各有側重，某個實施例中沒有詳述的部分，可以參見其他實施例的相關描述。

在本申請所提供的幾個實施例中，應該理解到，所揭露的技術內(nèi)容，可通過其它的方式實現(xiàn)。其中，以上所描述的裝置實施例僅僅是示意性的，例如所述單元的劃分，可以為一種邏輯功能劃分，實際實現(xiàn)時可以有另外的劃分方式，例如多個單元或組件可以結合或者可以集成到另一個系統(tǒng)，或一些特征可以忽略，或不執(zhí)行。另一點，所顯示或討論的相互之間的耦合或直接耦合或通信連接可以是通過一些接口，單元或模塊的間接耦合或通信連接，可以是電性或其它的形式。

所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個單元上?？梢愿鶕?jù)實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的。

另外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理單元中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個單元中。上述集成的單元既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能單元的形式實現(xiàn)。

所述集成的單元如果以軟件功能單元的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術方案本質上或者說對現(xiàn)有技術做出貢獻的部分或者該技術方案的全部或部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來，該計算機軟件產(chǎn)品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使得一臺計算機設備(可為個人計算機、服務器或者網(wǎng)絡設備等)執(zhí)行本發(fā)明各個實施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲介質包括：U盤、只讀存儲器(ROM，Read-Only Memory)、隨機存取存儲器(RAM，Random Access Memory)、移動硬盤、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。