一种环氧树脂绝缘子深部缺陷相控阵超声检测方法、系统、设备及介质与流程

本发明涉及绝缘装备无损检测的，尤其涉及一种环氧树脂绝缘子深部缺陷相控阵超声检测方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、环氧树脂绝缘子是变电设备中的关键绝缘部件，其内部可能因浇注、固化、装配及服役产生气孔、夹杂等缺陷，进而影响机械强度和绝缘性能。现有x射线、工业ct、局部放电及常规超声检测在设备成本、现场适用性、空间定位或图像化显示方面存在不同局限。相控阵超声结合全矩阵捕捉和全聚焦成像，可利用多阵元发射、接收信息对检测区域进行延时叠加成像。

2、然而，现有全聚焦成像通常采用固定声速和简单延时计算。对于高衰减、厚壁且声学参数离散性明显的环氧树脂绝缘子，当声速取值不准确、搜索深度设置不合理或采样延时过于粗糙时，实际缺陷回波与计算传播时间难以准确对应，易产生聚焦偏移、定位误差、边界模糊及深部回波相干叠加不足。与此同时，深部缺陷回波较弱，背景散射和结构噪声进一步影响缺陷识别。

3、因此，亟需提供一种与环氧树脂绝缘子实际声学特性相匹配的相控阵超声检测方法，通过对等效声速、传播时间、搜索深度及采样位置进行协同处理，以改善深部缺陷的聚焦成像和定位结果。

技术实现思路

1、本发明提供了一种能够减小传播时间计算及采样量化误差、减少非目标深度回波干扰并改善深部缺陷聚焦成像稳定性的环氧树脂绝缘子深部缺陷相控阵超声检测方法、系统、设备及介质，可以有效地解决背景技术中的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种环氧树脂绝缘子深部缺陷相控阵超声检测方法，包括以下步骤：

3、实测获得与待检测环氧树脂绝缘子相匹配的等效声速参数；获取相控阵探头的阵元位置参数及全矩阵捕捉超声回波数据，并对检测区域进行网格划分；

4、基于搜索深度范围限定参与成像的网格点及所述超声回波数据的有效时间范围；

5、针对各参与成像的网格点，基于阵元位置参数、网格点位置和等效声速参数确定各发射接收阵元组合对应的总传播时间；

6、在所述有效时间范围内确定与所述总传播时间对应的取样位置，对非整数取样位置进行插值取样；

7、对各发射接收阵元组合的取样信号进行延时聚焦叠加，获得各网格点的成像幅值，并基于所述成像幅值得到深部缺陷检测结果。

8、进一步的，所述实测获得与待检测环氧树脂绝缘子相匹配的等效声速参数，包括：

9、测量待检测环氧树脂绝缘子的厚度，采用脉冲回波方式获得纵波底面回波时间或横波底面回波时间；

10、根据厚度与相应底面回波时间确定纵波声速或横波声速，并根据相控阵超声检测所采用的传播波型，将相应的纵波声速或横波声速确定为所述等效声速参数。

11、进一步的，所述纵波声速的计算表达式为：

12、；

13、式中，为纵波声速，为环氧树脂绝缘子的厚度，为纵波底面回波时间；

14、所述横波声速的计算表达式为：

15、；

16、式中，为横波声速，为横波底面回波时间。

17、进一步的，所述搜索深度范围根据待检测环氧树脂绝缘子的厚度、目标检测区域、近场干扰区及底面回波位置确定；将深度位置位于所述搜索深度范围内的网格点确定为参与成像的网格点，并根据所述搜索深度范围限定所述全矩阵捕捉超声回波数据中参与延时取样的有效时间范围。

18、进一步的，所述总传播时间的获取方法，包括：

19、针对任一参与成像的网格点，根据网格点位置参数和各阵元位置参数，确定各阵元至所述网格点的直接传播距离；

20、根据所述直接传播距离及与待检测环氧树脂绝缘子相匹配的等效声速参数，确定各阵元至所述网格点的单程传播时间；

21、对各参与成像的网格点及各阵元重复计算单程传播时间，建立阵元网格点传播时间矩阵；

22、针对任一参与成像的网格点及任一发射接收阵元组合，从所述传播时间矩阵中获取发射阵元至网格点以及网格点至接收阵元的单程传播时间；

23、将发射阵元至网格点以及网格点至接收阵元的单程传播时间相加，获得所述发射接收阵元组合对应于该网格点的总传播时间。

24、进一步的，所述直接传播距离计算表达式为：

25、；

26、式中，表示直接传播距离，和分别表示第个阵元的横向位置和深度位置，和分别表示网格点的横向位置和深度位置。

27、进一步的，所述单程传播时间的计算表达式为：

28、；

29、式中，表示第个阵元至网格点的单程传播时间，表示等效声速参数。

30、进一步的，所述总传播时间为：

31、；

32、式中，表示总传播时间，表示发射阵元至网格点的单程传播时间，表示网格点至接收阵元的单程传播时间。

33、进一步的，所述深部缺陷检测结果的获取方法，包括：

34、针对任一参与成像的网格点，固定一个发射阵元，将该发射阵元对应的各接收通道取样信号进行累加，得到所述发射阵元对应的部分波束成形信号；

35、对各部分波束成形信号进行符号保持平方根幅值压缩，得到压缩后的部分波束成形信号；

36、对各发射阵元对应的压缩后部分波束成形信号进行整体累加，得到当前网格点的成像幅值；

37、遍历各参与成像的网格点，获得各网格点的成像幅值，并对所述成像幅值进行归一化和灰度映射，获得深部缺陷相控阵超声检测结果。

38、进一步的，所述网格点的成像幅值计算表达式为：

39、；

40、式中，为当前网格点的成像幅值，为压缩后的部分波束成形信号，表示第个相控阵阵元作为发射阵元，表示参与成像计算的发射阵元总数。

41、本发明还提供了一种环氧树脂绝缘子深部缺陷相控阵超声检测系统，包括：

42、数据采集与网格划分模块，实测获得与待检测环氧树脂绝缘子相匹配的等效声速参数；获取相控阵探头的阵元位置参数及全矩阵捕捉超声回波数据，并对检测区域进行网格划分；

43、成像有效范围约束模块，基于搜索深度范围限定参与成像的网格点及所述超声回波数据的有效时间范围；

44、传播时间计算模块，针对各参与成像的网格点，基于阵元位置参数、网格点位置和等效声速参数确定各发射接收阵元组合对应的总传播时间；

45、超声信号插值取样模块，在所述有效时间范围内确定与所述传播时间对应的取样位置，对非整数取样位置进行插值取样；

46、缺陷检测模块，对各发射接收阵元组合的取样信号进行延时聚焦叠加，获得各网格点的成像幅值，并基于所述成像幅值得到深部缺陷检测结果。

47、本发明还提供一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上任一项所述的环氧树脂绝缘子深部缺陷相控阵超声检测方法的步骤。

48、本发明还提供一种计算机可读存储介质，存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的环氧树脂绝缘子深部缺陷相控阵超声检测方法的步骤。

49、通过本发明的技术方案，可实现以下技术效果：

50、通过将环氧树脂绝缘子表征为均质或角度相关等效均质声学介质，并采用实测声速或角度相关等效声速建立与待检测对象相匹配的声学参数模型，能够减小经验声速取值偏差对传播时间计算、缺陷定位及聚焦成像的影响；通过建立阵元网格点传播时间矩阵以及搜索深度传播角度等效声速矩阵，为后续传播时间调用和成像计算提供统一参数基础；通过搜索深度范围限定有效成像区域和有效采样时间范围，能够减少近场耦合信号、表面直达波及非目标深度回波参与聚焦计算；通过按发射阵元逐一累加对应接收通道，并结合非整数采样位置的线性插值，使各发射接收阵元组合的取样位置与计算传播时间相对应，减小离散采样产生的时间量化偏差；在此基础上，通过希尔伯特变换增强、符号保持幅值压缩、归一化和灰度映射对聚焦结果进行处理，能够减弱强反射及背景散射对图像动态范围的影响，使深部缺陷对应的回波响应在成像结果中得到稳定表征。