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基于分割环阵的CFRP分层缺陷超声全聚焦成像

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仪器仪表学报 2024年第1期45卷 200-210页

作者：杨宁陆铭慧张萍朱颖张毅萍南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 上海飞机制造有限公司上海201324

碳纤维复合材料在钻孔加工时易产生分层缺陷,分层缺陷严重影响了构件的力学性能,存在严重的安全隐患。针对碳纤维复合材料孔边分层缺陷的检测,提出一种基于分割环形阵列的1/4矩阵全聚焦成像方法。设计了R4×S8、R3×S12、R3×S16和R4×... 详细信息

碳纤维复合材料在钻孔加工时易产生分层缺陷,分层缺陷严重影响了构件的力学性能,存在严重的安全隐患。针对碳纤维复合材料孔边分层缺陷的检测,提出一种基于分割环形阵列的1/4矩阵全聚焦成像方法。设计了R4×S8、R3×S12、R3×S16和R4×S12四种分割环形阵列结构,通过数值仿真对比分析了各阵列的聚焦声场特点,最终确定分割环阵探头为5 MHz的R4×S12探头。使用该探头对碳纤维复合材料孔边分层试块的上层、中层、下层缺陷进行全矩阵采集,利用VTK工具包分别进行全矩阵三维成像和1/4矩阵三维成像。结果表明,1/4矩阵方法比全矩阵方法三维成像的缺陷对比度更高,1/4矩阵方法的缺陷尺寸表征误差更小,误差不超过6%。与全矩阵成像相比,1/4矩阵成像信噪比提升范围为3.43~7.61 dB,有效提升了图像质量。

关键词：分层缺陷全聚焦分割环形阵列 1/4矩阵三维成像

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超声导波相控阵脉冲压缩全聚焦缺陷成像方法

振动与冲击 2024年第11期43卷 50-57,82页

作者：许才彬左浩陈一馨重庆大学航空航天学院重庆400044 长安大学陕西省高速公路施工机械重点实验室西安710064

针对超声导波缺陷成像中存在的入射信号能量低、缺陷成像分辨率不足等成像质量不高的问题,提出了一种超声导波相控阵脉冲压缩全聚焦缺陷成像方法。首先在长时宽、大带宽线性调频信号激励下,基于超声导波相控阵列逐元激励模式,获取被测... 详细信息

针对超声导波缺陷成像中存在的入射信号能量低、缺陷成像分辨率不足等成像质量不高的问题,提出了一种超声导波相控阵脉冲压缩全聚焦缺陷成像方法。首先在长时宽、大带宽线性调频信号激励下,基于超声导波相控阵列逐元激励模式,获取被测结构的全矩阵捕获数据;然后对各响应信号做匹配滤波,对长时宽响应信号波包进行脉冲压缩;接着采用虚拟时间反转法,对脉冲压缩后所得信号进行频散和幅值补偿,以消除大带宽导致的信号相位畸变和因波扩散传播而导致的幅值下降,从而获得无相位畸变的窄时宽信号波包;最后设计了同时包含信号相位和幅值信息的成像指标,进行加权全聚焦成像。在含裂纹、表面缺陷的碳钢板中进行了超声导波缺陷成像试验,结果表明,该方法可以实现单缺陷/双缺陷的高质量成像。

关键词：超声导波缺陷成像相控阵全聚焦脉冲压缩

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应用于斜楔块的子孔径虚拟源全聚焦成像

应用声学 2024年第3期43卷 625-634页

作者：熊政辉陈俊超肖树坤荆砚何喜陈尧南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 江西洪都航空工业集团有限责任公司南昌330063 中国航发动力股份有限公司西安710021

楔块斜入射检测工艺下,楔块会进一步降低全聚焦成像的缺陷检测能力。尤其是在检测大深度缺陷和粗晶材料时,全聚焦图像会因为缺陷回波幅值下降,导致缺陷图像的信噪比较低。为了提高入射能量,提出了应用于斜楔块的子孔径虚拟源全聚焦成像... 详细信息

楔块斜入射检测工艺下,楔块会进一步降低全聚焦成像的缺陷检测能力。尤其是在检测大深度缺陷和粗晶材料时,全聚焦图像会因为缺陷回波幅值下降,导致缺陷图像的信噪比较低。为了提高入射能量,提出了应用于斜楔块的子孔径虚拟源全聚焦成像技术。研究结果表明:该技术通过延时控制子孔径阵元激励形成虚拟源发射,显著增加了射入到被检构件中的声能。在横向L值为20∼40 mm探头移动区间内,17∼38 mm深度范围内Φ3边钻孔幅值较黄铜全聚焦图像提高4.58∼7.12 dB;当钢制试块为被检对象时,在横向L值为30∼40 mm探头移动区间内,40∼65 mm深度范围内Φ1边钻孔幅值较全聚焦图像提高0.63∼2.35 dB。因此在该技术应用于楔块斜入射检测工艺下的粗晶材料检测,具有较好的检测效果。

关键词：子孔径虚拟源相控阵全聚焦超声检测斜楔块

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超声全聚焦成像的裂纹类缺陷定量误差分析

中国测试 2024年第2期50卷 136-145页

作者：康达孔庆茹马啸啸林珊珊张宏马兆光吴慧慧陈尧北京动力机械研究所北京100074 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100083 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室江西南昌330063

虽然超声全聚焦成像(total focusing method,TFM)具有直观显示裂纹特征的明显优势,但通过TFM图像进行裂纹定量时不可避免地出现测量误差。该文采用模拟与实验对比的方式,分析TFM技术的裂纹定量误差。从超声波波长对缺陷深度的影响规律入... 详细信息

虽然超声全聚焦成像(total focusing method,TFM)具有直观显示裂纹特征的明显优势,但通过TFM图像进行裂纹定量时不可避免地出现测量误差。该文采用模拟与实验对比的方式,分析TFM技术的裂纹定量误差。从超声波波长对缺陷深度的影响规律入手,分析和研究裂纹长度和取向的全聚焦图像测量误差原因。最后,通过模拟实验对比的方式验证裂纹定量误差。研究结果表明,裂纹上、下尖端的测量深度比实际深度均有所下沉,但两者下沉的深度基本相同,相差在0.6 mm以内,裂纹长度的测量误差范围为0~1 mm,带取向裂纹的取向测量误差基本保持在3°以内。因此,上、下尖端在深度上的测量误差对裂纹长度和取向的影响极小。经实验验证,裂纹深度、长度及取向误差的结论与模拟的结论一致。

关键词：超声全聚焦定量误差裂纹长度裂纹取向

全聚焦相控阵技术在P92管道焊缝检测中的应用

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无损探伤 2024年第3期48卷 21-24页

作者：白占桥郭德瑞王齐宏王鹏赵扶起李延龙内蒙古大唐国际托克托发电有限责任公司呼和浩特010200 中国大唐集团科学技术研究总院有限公司华北电力试验研究院北京100040 广东大唐国际潮州发电有限责任公司广东潮州515723

P92钢广泛应用于超超临界火电机组的高温管道,原始微裂纹缺陷的存在和Ⅳ型裂纹的产生对管道的安全运行造成极大的危害。利用先进的技术手段对P92钢焊缝缺陷进行定量定性检测具有很大的必要性和重要意义。采用全聚焦相控阵检测技术对在役... 详细信息

P92钢广泛应用于超超临界火电机组的高温管道,原始微裂纹缺陷的存在和Ⅳ型裂纹的产生对管道的安全运行造成极大的危害。利用先进的技术手段对P92钢焊缝缺陷进行定量定性检测具有很大的必要性和重要意义。采用全聚焦相控阵检测技术对在役P92管道焊缝进行检测试验,结果表明,全聚焦法成像分辨力高,缺陷图像特征更加明显,更有利于微小缺陷尺寸、位置的精准测量和对缺陷的定性研究。

关键词：全聚焦 P92 Ⅳ型裂纹定性研究

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浅析全聚焦相控阵超声检测的测试方法

物理测试 2024年第2期42卷 38-42页

作者：万海涛范兴钊胡冠群齐鲁孟倩倩山东瑞祥模具有限公司山东济宁272400 济宁市特种设备检验研究院山东济宁272400

全聚焦方法作为新兴的超声后处理成像技术具有成像分辨力高、算法灵活等优点。近年来,全聚焦技术在中国无损检测领域迅速发展,全聚焦超声检测设备性能取决于仪器软件全聚焦成像的算法。为更好地测试全聚焦超声检测性能,介绍了全聚焦相... 详细信息

全聚焦方法作为新兴的超声后处理成像技术具有成像分辨力高、算法灵活等优点。近年来,全聚焦技术在中国无损检测领域迅速发展,全聚焦超声检测设备性能取决于仪器软件全聚焦成像的算法。为更好地测试全聚焦超声检测性能,介绍了全聚焦相控阵超声检测的测试方法,并提出了一种适用于全聚焦技术的测试试块,为全聚焦技术的开发和应用提供参考。

关键词：相控阵全聚焦全矩阵

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管道环焊缝的全聚焦检测

无损检测 2024年第4期46卷 59-63页

作者：薛岩高静李辉刘全利皮亚东吕新昱郭瑞杰中国石油天然气管道科学研究院有限公司廊坊065000 中国石油管道局工程有限公司维抢修分公司廊坊065000

全聚焦技术是一种基于全矩阵采集的虚拟聚焦图像后处理技术,全聚焦算法将成像区域分割为多个网格,对每一网格都进行聚焦,使得超声成像结果更加均匀平滑,成像质量优于常规相控阵超声检测方法的质量。根据全聚焦成像的技术特点开展管道环... 详细信息

全聚焦技术是一种基于全矩阵采集的虚拟聚焦图像后处理技术,全聚焦算法将成像区域分割为多个网格,对每一网格都进行聚焦,使得超声成像结果更加均匀平滑,成像质量优于常规相控阵超声检测方法的质量。根据全聚焦成像的技术特点开展管道环焊缝相控阵超声全聚焦检测工艺方案的研究,参照管道环焊缝试块设计标准设计并制作全聚焦验证试块,针对全聚焦验证试块、全自动超声检测(AUT)校准试块开展相控阵超声全聚焦检测试验。试验结果表明,对于V型坡口,全聚焦成像效果好;对于小角度的自动焊坡口,常规全聚焦检测时接收超声回波困难,存在检测灵敏度低的问题;通过对全聚焦算法的优化改进,提高了小角度缺陷的检出率,证明全自动焊焊缝可采用全聚焦技术进行检测。

关键词：环焊缝无损检测全聚焦

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各向异性增材制造构件的超声阵列全聚焦成像

北京航空航天大学学报 2023年第5期49卷 1063-1070页

作者：徐娜许路路何方成中国航发北京航空材料研究院北京100095 中国航空发动机集团材料检测与评价重点实验室北京100095 航空材料检测与评价北京市重点实验室北京100095 北京航空航天大学材料科学与工程学院北京100191

针对激光增材制造构件的各向异性特征,开展超声波传播特性研究,并基于群速度测量结果对常规超声阵列全聚焦成像算法进行优化。采用CIVA超声仿真软件对含有横通孔和平底孔缺陷的试样开展全聚焦仿真研究,结果表明,材料的各向异性对超声阵... 详细信息

针对激光增材制造构件的各向异性特征,开展超声波传播特性研究,并基于群速度测量结果对常规超声阵列全聚焦成像算法进行优化。采用CIVA超声仿真软件对含有横通孔和平底孔缺陷的试样开展全聚焦仿真研究,结果表明,材料的各向异性对超声阵列全聚焦检测的成像质量、缺陷定位精度和缺陷分布范围均具有明显影响;开展全聚焦成像检测实验,结果表明,优化后的全聚焦成像算法能够实现激光增材制造钛合金试样中直径0.8 mm平底孔缺陷的准确检测,成像阵列性能指标(API)值减小至0.43,缺陷定位误差缩小至0.54 mm,检测能力和定位精度显著提高。

关键词：激光增材制造各向异性超声阵列全聚焦 CIVA仿真

基于环形统计矢量阈值加权的上表面开口裂纹横波全跨全聚焦成像

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仪器仪表学报 2023年第4期44卷 52-60页

作者：陈明陈尧肖树坤卢超李秋锋南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 江西洪都航空工业集团有限责任公司南昌330063

为了有效抑制非目标模式反射体回波伪影,本文提出环形统计矢量阈值(CSVT)加权的上表面开口裂纹横波全跨全聚焦成像技术。利用延时信号构建环形统计矢量(CSV),并根据Weibull分布确定伪影噪声的CSV值范围后,通过阈值将其剔除得到CSVT因子... 详细信息

为了有效抑制非目标模式反射体回波伪影,本文提出环形统计矢量阈值(CSVT)加权的上表面开口裂纹横波全跨全聚焦成像技术。利用延时信号构建环形统计矢量(CSV),并根据Weibull分布确定伪影噪声的CSV值范围后,通过阈值将其剔除得到CSVT因子。研究表明,在32~64阵元有效孔径范围内,非目标模式反射体回波伪影噪声的CSV值范围在0.2~0.4之间,TT-TT模式(目标模式)下的上表面缺陷回波CSV值接近于1。因此,阈值处理后的CSVT因子值可有效保留缺陷的权重因子,同时抑制绝大多数非目标模式反射体伪影及相位随机分布的噪声。相比于横波全跨TFM成像,CSVT加权后的铝块TFM成像图中,上表面-45°~45°人工刻槽下尖端的裂纹信噪比提升范围为7.7~14 dB。

关键词：环形统计矢量阈值超声全跨全聚焦上表面开口裂纹