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超声相控阵在隧道衬砌精细化检测中的应用

铁道建筑 2024年第5期64卷 13-17页

作者：徐昆杰马伟斌彭旸袁振宇元松亮张治荣京昆高速铁路西昆有限公司重庆400023 中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 高速铁路轨道系统全国重点实验室北京100081

针对隧道衬砌精细化检测的需求,引入超声相控阵技术,该技术融合了超声波和相控阵的基本原理,通过加密布设测点,实现检测断面图像精确重构,并具备三维可视化成像功能。与传统超声波无损检测技术相比,该技术具有分辨力高、信噪比大、检测... 详细信息

针对隧道衬砌精细化检测的需求,引入超声相控阵技术,该技术融合了超声波和相控阵的基本原理,通过加密布设测点,实现检测断面图像精确重构,并具备三维可视化成像功能。与传统超声波无损检测技术相比,该技术具有分辨力高、信噪比大、检测效率高、解译方便等优势。经在西部某高速铁路隧道开展超声相控阵检测技术试用,检测结果准确,成像效果好,可分辨钢筋分布等衬砌内部构造,并能用于衬砌背后脱空等缺陷的判断,是一种高精度的无损检测技术。

关键词：铁路隧道超声相控阵现场试验隧道衬砌无损检测

超声相控阵传感器阵元间串扰源分析及其隔离方法

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电子测量与仪器学报 2022年第9期36卷 132-139页

作者：邓江勇陈振华董德秀卢超广西防城港核电有限公司防城港538000 南昌航空大学无损检测技术教育部重点实验室南昌330063 中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司沈阳110043

通过研究超声相控阵探头阵元间串扰机理及串扰隔离方法提高近表面检测能力。基于数值仿真技术分析了安装楔块前后阵元间超声波串扰对检测信号及检测声场的影响,分析探头楔块对于隔离阵元间超声波串扰与近表面缺陷检测信号的作用。提出... 详细信息

通过研究超声相控阵探头阵元间串扰机理及串扰隔离方法提高近表面检测能力。基于数值仿真技术分析了安装楔块前后阵元间超声波串扰对检测信号及检测声场的影响,分析探头楔块对于隔离阵元间超声波串扰与近表面缺陷检测信号的作用。提出楔块优化方案,并通过试验方法对其进行验证。结果显示,数值模型可直观显示阵元间的超声波串扰,提出的楔块优化方案可将时域上的阵元间串扰信号与近表面检测信号相互隔离。优化楔块后的相控阵探头可对深度2 mm、直径0.3 mm平底孔进行成像检测,近表面缺陷检测能力显著提高。

关键词：阵元间串扰数值模型楔块超声相控阵

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超声相控阵矩阵阵列三维合成聚焦成像方法

焊接学报 2018年第6期39卷 7-12页

作者：孙昌立迟大钊刚铁于朋哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 黑龙江科技大学计算机与信息工程学院哈尔滨150022

掌握缺陷的三维形态信息,会更利于无损评估,因此将合成聚焦二维成像方法扩展,初步探索了三维合成聚焦成像方法,以直观得到缺陷的超声三维成像.将该方法在MATLAB平台编程实现,然后通过超声相控阵矩阵探头采集到的完备集数据后处理进行了... 详细信息

掌握缺陷的三维形态信息,会更利于无损评估,因此将合成聚焦二维成像方法扩展,初步探索了三维合成聚焦成像方法,以直观得到缺陷的超声三维成像.将该方法在MATLAB平台编程实现,然后通过超声相控阵矩阵探头采集到的完备集数据后处理进行了验证.结果表明,通过三维合成聚焦处理后,得到探头下方空间的超声成像的三维图像数据,然后在此基础上使用等值面法将缺陷的三维图像分割出来.该图像能够清晰反映出反射体的真实位置及空间分布;在超声探头没有机械移动扫描的前提下能够得到缺陷三维图像.对于探头移动空间受限的检测位置获取缺陷三维图像有一定的理论意义及实用价值.

关键词：超声相控阵矩阵阵列完备集三维合成聚焦成像

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喷注器焊缝熔深超声相控阵定量检测

北京理工大学学报 2023年第8期43卷 863-869页

作者：周世圆郑翀赵灿杜佩承程宇涵王永红北京理工大学机械与车辆学院北京100081 西安航天发动机有限公司陕西西安710100

为了保证液体火箭发动机喷注器的安全性能,文中针对其复杂结构电子束焊缝,基于超声相控阵相对时间到达技术开展了焊缝熔深的定量检测方法研究,提出了水浸式相对时间到达技术检测方法;搭建了实验系统并利用CIVA仿真软件进行了检测仿真;... 详细信息

为了保证液体火箭发动机喷注器的安全性能,文中针对其复杂结构电子束焊缝,基于超声相控阵相对时间到达技术开展了焊缝熔深的定量检测方法研究,提出了水浸式相对时间到达技术检测方法;搭建了实验系统并利用CIVA仿真软件进行了检测仿真;根据喷注器截面结构设计制作了两种检测试样并对试样进行了检测实验;将焊接试样的超声检测结果与金相检测结果进行对比,验证了检测方法的有效性.采用水浸式相对时间到达技术可克服喷注器检测面尺寸小且存在凹槽难以检测的问题,实现其电子束焊缝熔深的定量检测,检测精度优于0.15 mm.

关键词：电子束焊接熔深检测超声相控阵相对时间到达技术(RATT)

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渐进式频率-波数域全聚焦超声成像

声学学报 2022年第5期47卷 663-674页

作者：曾邱毓晨吴文焘李平周二磊曹政中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100049

为了提高全聚焦超声成像的质量和速度,提出了渐进式频率波数域全聚焦超声成像方法(GTFM-FW)。首先通过逐次激励超声相控阵各阵元并全孔径采集回波,得到全矩阵数据;然后通过傅里叶变换将全矩阵数据中的一组或多组对角线数据变换到频率波... 详细信息

为了提高全聚焦超声成像的质量和速度,提出了渐进式频率波数域全聚焦超声成像方法(GTFM-FW)。首先通过逐次激励超声相控阵各阵元并全孔径采集回波,得到全矩阵数据;然后通过傅里叶变换将全矩阵数据中的一组或多组对角线数据变换到频率波数域,对各组对角线数据的变换结果进行对齐并叠加;最后利用Stolt变换和二维逆傅里叶变换得到全聚焦成像结果。为了验证算法的有效性,对仿真点目标以及试块进行了详细成像实验。结果表明:本文方法可以通过改变全矩阵数据的使用量来实现成像分辨率与旁瓣干扰间的折中。并且由于采用频率波数域处理,在成像分辨率优于传统全聚焦成像算法的情况下,运算量大大降低。

关键词：旁瓣干扰成像分辨率超声成像频率波数域傅里叶变换数据变换超声相控阵对角线

颗粒填充复合炸药裂纹缺陷的高信噪比超声成像方法

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物理学报 2023年第15期72卷 107-116页

作者：李海宁禹利达甘仁杰张伟斌杨占锋中国工程物理研究院化工材料研究所绵阳621999 中南大学交通运输工程学院长沙410075 厦门大学航空航天学院厦门361102

高聚物黏结炸药(PBX)是一类由炸药造型颗粒高度填充和少量黏结剂构成的复合材料,其内部裂纹的有效检出对结构完整性评价和安全可靠性评估具有重要意义.PBX因其特殊的细观结构特征呈现出声速低、衰减强的特点,利用传统线性超声聚焦成像时... 详细信息

高聚物黏结炸药(PBX)是一类由炸药造型颗粒高度填充和少量黏结剂构成的复合材料,其内部裂纹的有效检出对结构完整性评价和安全可靠性评估具有重要意义.PBX因其特殊的细观结构特征呈现出声速低、衰减强的特点,利用传统线性超声聚焦成像时,超声波在颗粒边界发生的多重反射会造成重构图像信噪比低,裂纹特征淹没在背景噪声中,难以有效识别.为改善成像信噪比,提出一种基带非线性合成聚焦(BB-NSF)超声相控阵成像算法,充分利用全矩阵数据中各通道接收信号的空间相干性,增强缺陷位置图像强度的同时抑制了背景噪声,再结合PBX曲面构形特征对算法的延时法则进行修正,实现了曲面构形PBX不同取向裂纹缺陷的高信噪比成像,并对重构图像质量和成像效率进行了定量对比评价.结果表明,BB-NSF算法可有效地抑制背景噪声,显著地改善PBX裂纹检出能力.BB-NSF算法中的信号空间相干度p是影响图像信噪比的关键参数.p值大于2.0时,PBX裂纹缺陷超声重构图像的信噪比相比于传统的全聚焦成像算法可以提升10 dB以上.随着p值增加,重构图像的信噪比可以得到进一步提升,而计算效率保持稳定,体现出BB-NSF算法在强衰减复合材料内部缺陷成像方面的优势和应用前景.

关键词：高聚物粘结炸药裂纹缺陷超声相控阵基带非线性合成聚焦算法

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超声相控阵检测CFRP缺陷识别方法

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2015年第8期48卷 750-756页

作者：李健郭薇杨晓霞黄玉秋詹湘琳靳世久天津大学精密仪器与光电子工程学院天津300072 中国民航大学航空自动化学院天津300300

碳纤维增强复合材料(CFRP)以其特殊的性能广泛应用在不同领域,然而缺陷的存在严重影响材料的性能,造成重大的经济损失,甚至存在安全隐患,因此,碳纤维复合材料的无损检测与缺陷识别已成为该领域的研究热点之一.利用超声相控阵系统检测CFR... 详细信息

碳纤维增强复合材料(CFRP)以其特殊的性能广泛应用在不同领域,然而缺陷的存在严重影响材料的性能,造成重大的经济损失,甚至存在安全隐患,因此,碳纤维复合材料的无损检测与缺陷识别已成为该领域的研究热点之一.利用超声相控阵系统检测CFRP中3种常见缺陷——分层、夹杂和脱粘,得到原始A扫信号,运用小波包变换理论,提取样本特征值,建立并训练BP神经网络,对3种缺陷进行识别,识别率达到95.7%.结果表明:利用超声相控阵技术可以提高缺陷检测效率,对缺陷有良好的成像效果;小波包与BP神经网络的结合,对CFRP中的不同缺陷有较高的识别率.

关键词：碳纤维增强复合材料超声相控阵无损检测小波包 BP神经网络

超限厚度嵌入式焊缝超声相控阵检测仿真与实现

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压力容器 2024年第3期41卷 72-80页

作者：王洪涛吴伟王祖悦陈乐南昌航空大学测试与光电工程学院南昌330063 上海市特种设备监督检验技术研究院上海200062

针对高端装备超限厚度焊缝超声检测灵敏度低、缺陷定位困难、容易产生漏检误判等问题,以某70 MPa高压消声水罐超限厚度装备嵌入式接管与筒体对接接头为对象,开展超声相控阵检测仿真和工艺研究。在CIVA仿真平台上建立三维模型,通过全因... 详细信息

针对高端装备超限厚度焊缝超声检测灵敏度低、缺陷定位困难、容易产生漏检误判等问题,以某70 MPa高压消声水罐超限厚度装备嵌入式接管与筒体对接接头为对象,开展超声相控阵检测仿真和工艺研究。在CIVA仿真平台上建立三维模型,通过全因子试验分析不同偏转方式下声场强度分布,仿真探讨不同检测工艺参数对实际检测结果的影响,并采用分区域角度对缺陷位置进行修正。仿真和实际测试表明,利用一次横波多层扇扫扫查,可以实现440 mm超限厚度焊缝全覆盖检测,同时采用分区域修正法解决了嵌入式管-管连接焊缝周向检测曲率变化大、定位不准确的问题,可为制定高端装备超限厚度焊接接头相控阵检测工艺标准提供参考。

关键词：超声相控阵超限厚焊缝 CIVA仿真缺陷定位

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复合材料曲面构件缺陷超声三维成像方法

仪器仪表学报 2022年第7期43卷 257-266页

作者：赵志鹏戴宁周鑫程筱胜代洪庆南京航空航天大学机电学院南京210016

针对目前复合材料曲面结构缺陷检测技术存在的检测结果不直观、效率低等问题,提出一种基于超声相控阵的缺陷三维成像方法。使用三维激光扫描仪获取曲面的点云模型,通过平行截面法规划检测路径,然后使用相控阵轮式探头采集超声图像数据... 详细信息

针对目前复合材料曲面结构缺陷检测技术存在的检测结果不直观、效率低等问题,提出一种基于超声相控阵的缺陷三维成像方法。使用三维激光扫描仪获取曲面的点云模型,通过平行截面法规划检测路径,然后使用相控阵轮式探头采集超声图像数据。利用均匀三次B样条函数拟合检测路径与曲面,根据扫查步长和图像序列关系计算超声图像数据点的空间位置以生成超声点云集。最后利用体素化降采样方法对超声检测结果进行重建,实现复合材料内部缺陷的三维成像。实验结果表明,本文方法的缺陷成像结果与CT检测结果的平均误差为1.14 mm,能够快速准确地重建缺陷的位置、形状与尺寸信息,实现复合材料曲面样件内部缺陷的精确表征。

关键词：复合材料缺陷检测超声相控阵体素化降采样三维成像