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圆柱类构件超声相控阵聚焦模型

应用声学 2024年第1期43卷 213-222页

作者：孔惠元王鉴李仰军韩焱中北大学山西省信息探测与处理重点实验室太原030051 中北大学山西省现代无损检测工程技术研究中心太原030051

在利用平面相控阵超声换能器对圆柱类构件检测时,受曲界面结构引起的入射波和回波时延的影响,扫描声束的波阵面产生弯曲,在利用传统迭代遍历算法计算延迟时间时效率低,无法发挥相控阵换能器检测优势。针对上述问题,建立了一种基于圆柱... 详细信息

在利用平面相控阵超声换能器对圆柱类构件检测时,受曲界面结构引起的入射波和回波时延的影响,扫描声束的波阵面产生弯曲,在利用传统迭代遍历算法计算延迟时间时效率低,无法发挥相控阵换能器检测优势。针对上述问题,建立了一种基于圆柱类构件特征和耦合介质特性的超声相控阵扫描成像的聚焦模型。该模型基于换能器、耦合介质、圆柱类构件材料特性和几何关系以及声线模型和折射定律,建立了耦合介质及被检构件的声速、曲面曲率半径、阵列与曲面间的距离等关联的延迟时间聚焦控制模型。利用该模型计算出的延时时间,对各阵元发射时间进行控制,从而实现扫描声束的聚焦。该文以液体和有机玻璃制介质楔块为例,对圆柱钢曲面的相控阵声束聚焦进行了仿真实验,结果表明该文方法计算效率显著提升,同时声束可以在预设位置实现聚焦,验证了该模型在计算效率上的优势与有效性。

关键词：相控阵超声检测圆柱类构件聚焦模型

激光粉末床熔融WC-12Co硬质合金温度场模拟

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材料工程 2024年第2期52卷 50-59页

作者：牛玉玲李晓峰赵宇霞张利刘斌白培康中北大学材料科学与工程学院太原030051 中北大学机械工程学院太原030051

结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度... 详细信息

结合有限元软件ANSYS建立三维有限元热模型,利用APDL命令及生死单元方法实现对高斯热源的施加和WC-12Co硬质合金打印过程的模拟,得到WC-12Co硬质合金在激光粉末床熔融(LPBF)成形过程中的温度场分布,研究不同工艺参数(激光功率、扫描速度)对温度场分布及熔池特征的影响。结果表明:WC-12Co硬质合金在LPBF过程成形时,利用有限元能够有效模拟其成形过程。位于热源前部的等温线比尾部更为密集,温度梯度更大;而扫描路径终端边缘处熔池中心的温度最高。随着激光功率的增大和扫描速度的减小,熔池宽度、深度和长度均相应增大。通过相关实验分析不同工艺参数对晶粒尺寸的影响,发现晶粒尺寸随扫描速度的增加而减小,随激光功率的增加而增大;但过高的激光功率会引起一定的热裂纹现象发生。

关键词：激光粉末床熔融 WC-12Co 有限元温度场熔池尺寸

基于超声能量特征的复合结构材料脱粘检测方法

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航天器环境工程 2024年第2期41卷 211-218页

作者：封华楠王鉴聂鹏飞秦鹏韩焱中北大学信息探测与处理山西省重点实验室太原030051 中北大学山西省现代无损检测工程技术研究中心太原030051

针对受限于复合结构的厚度、层数、材料种类等因素导致超声回波信号混叠,难以实现界面脱粘检测的问题,提出一种直接利用超声纵波反射混叠信号的能量特征进行复合结构脱粘缺陷检测的方法。首先建立单层与多层复合结构的超声信号反射与透... 详细信息

针对受限于复合结构的厚度、层数、材料种类等因素导致超声回波信号混叠,难以实现界面脱粘检测的问题,提出一种直接利用超声纵波反射混叠信号的能量特征进行复合结构脱粘缺陷检测的方法。首先建立单层与多层复合结构的超声信号反射与透射特性模型;然后提取并分析不同界面粘接状态下结构的超声回波能量特征,并基于该模型进行钢-橡胶-橡胶复合结构的脱粘检测仿真,通过引入能量差异值进行脱粘界面识别;最后,利用超声波探伤设备对钢-橡胶-橡胶复合结构试样进行实际脱粘缺陷检测。理论分析和实验验证均表明,该方法可以实现多层复合结构脱粘缺陷的有效检测。

关键词：多层复合结构界面脱粘缺陷超声反射模型能量特征超声检测

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基于改进YOLOv8的航空铝合金焊缝缺陷检测方法

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航空动力学报 2024年第6期39卷 116-124页

作者：苏志威黄子涵邱发生郭朝阳殷晓芳邬冠华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检验检测中心南昌330024

为了提高航空铝合金焊接缺陷数字射线成像自动检测效率和准确度,提出了一种改进YOLOv8智能检测方法。针对样本数据不足和缺陷不清晰的问题,采用Retinex图像增强算法和引导滤波算法对原始图像进行图像增强处理,然后采用旋转和翻转等方式... 详细信息

为了提高航空铝合金焊接缺陷数字射线成像自动检测效率和准确度,提出了一种改进YOLOv8智能检测方法。针对样本数据不足和缺陷不清晰的问题,采用Retinex图像增强算法和引导滤波算法对原始图像进行图像增强处理,然后采用旋转和翻转等方式扩充数据集。在模型改进中,使用GhostBottleneck模块替换C2f中的Bottleneck模块,完成模型的轻量化,减少了额外的冗余参数并降低了计算量。同时,引入空间注意力机制,获得缺陷更多的空间信息,并调整预测框的回归范围,提升了模型的精度。通过铝合金焊接件中常见几类缺陷进行测试和验证,改进YOLOv8算法平均精度均值(mAP50)达到92.9%,优于传统的Faster-RCNN、SSD和YOLOv8算法,能够有效适用于焊缝缺陷的自动识别。

关键词：数字射线图像增强自动识别 YOLOv8算法焊缝缺陷

光栅制造与装配误差对双光栅泰伯像微位移检测的影响分析

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光电子·激光 2024年

作者：张晓玉王策金丽解琨阳张敏娟李孟委中北大学前沿交叉科学研究院中北大学仪器与电子学院中北大学创新与创业学院中北大学信息与通信工程学院

双光栅泰伯像微位移传感器具有分辨力高、抗电磁干扰能力强等优势，但其精度易受光栅加工和装配误差的影响。本文利用COMSOL仿真软件，对光栅加工过程中的栅线宽度、光栅厚度、占空比以及双光栅装配过程中的层夹角、栅线夹角和双光栅间... 详细信息

双光栅泰伯像微位移传感器具有分辨力高、抗电磁干扰能力强等优势，但其精度易受光栅加工和装配误差的影响。本文利用COMSOL仿真软件，对光栅加工过程中的栅线宽度、光栅厚度、占空比以及双光栅装配过程中的层夹角、栅线夹角和双光栅间距进行误差仿真分析。最终结果表明，光栅周期加工可允许误差范围小于±0.1μm，光栅厚度对光栅衍射效率影响可忽略不计，光栅占空比最优参数为0.5；双层光栅层间夹角与栅线夹角对光栅衍射效率影响较大，双层光栅层间夹角可允许误差小于1°，栅线夹角可允许误差小于0.1°，光栅间距可允许误差小于±0.1μm。上述分析将有助于后续对各类误差进行补偿，进而保证双光栅泰伯像系统的高精度微位移检测。

关键词：泰伯像光栅误差光栅工艺加工光栅装配光栅衍射效率

基于自注意力机制U-net的微焦CT去射线源模糊方法

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光学学报 2024年第7期44卷 293-301页

作者：刘川江王奥张根源袁伟刘丰林重庆大学机械与运载工程学院重庆400044 重庆大学工业CT无损检测教育部工程研究中心重庆400044

在微焦CT成像中,通常利用增大X射线源管电压、管电流来提高扫描效率,但射线源功率增加会导致焦点尺寸增大,投影图像模糊,从而降低重建图像的空间分辨率。为了解决因非理想射线源焦点引起的图像模糊问题,本文提出利用深度学习在投影域映... 详细信息

在微焦CT成像中,通常利用增大X射线源管电压、管电流来提高扫描效率,但射线源功率增加会导致焦点尺寸增大,投影图像模糊,从而降低重建图像的空间分辨率。为了解决因非理想射线源焦点引起的图像模糊问题,本文提出利用深度学习在投影域映射非理想焦点与理想焦点投影之间的关系。推导了理想焦点投影与非理想焦点投影的正向关系,基于该关系构建配对数据集;提出一种基于自注意力机制的U-net网络(SU-net)学习非理想焦点投影到理想焦点投影的逆向关系。仿真实验和实际实验结果表明,提出的SU-net方法能准确地从非理想焦点投影中估计出理想焦点投影,可有效减少焦点导致的图像模糊。

关键词：计算机断层扫描微焦点CT 空间分辨率深度学习 X射线源焦点

一种基于S型电磁超材料的高温温度传感器设计

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传感技术学报 2024年第3期37卷 389-395页

作者：张春丽吴倩楠翟荣锭刘雁飞李孟委中北大学半导体与物理学院山西太原030051 中北大学前沿交叉科学研究院山西太原030051 中北大学微系统集成研究中心山西太原030051 中北大学仪器与智能未来技术学院山西太原030051 中北大学仪器与电子学院山西太原030051

针对目前超材料温度传感器存在的量程小且灵敏度较低的问题,设计了一种碳氮化硅基的S型超材料的高温传感器。通过CST电磁仿真软件对超材料温度传感器进行模拟仿真,在其他结构参数一定的情况下,对金属条的长度、宽度、厚度、条间隙及基... 详细信息

针对目前超材料温度传感器存在的量程小且灵敏度较低的问题,设计了一种碳氮化硅基的S型超材料的高温传感器。通过CST电磁仿真软件对超材料温度传感器进行模拟仿真,在其他结构参数一定的情况下,对金属条的长度、宽度、厚度、条间隙及基板厚度等参数进行了设计与优化,确定了传感器结构的最佳尺寸,同时分析了传感器的谐振频率对温度的影响。结果表明,在28℃~1000℃下平均灵敏度可达5.674 MHz/℃。与之前报道的高温传感器相比,灵敏度提高了5倍,这种高灵敏度温度传感器可为航空发动机、武器装备等系统中的高温测试提供一种技术手段。

关键词：温度传感器电磁超材料碳氮化硅 S型高温传感器高灵敏度

基于激光超声的矩形缺陷合成孔径成像方法仿真研究

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激光与光电子学进展 2024年第10期61卷 207-216页

作者：何力郭华玲中北大学电气与控制工程学院

目前，激光超声合成孔径聚焦技术（SAFT）对内部缺陷的成像检测应用越来越多，对内部缺陷的成像质量要求也越来越高。基于合成孔径后处理成像方法，提出一种激光超声模式波在信号的多融合预处理技术下的成像优化方法，以实现对试件内部... 详细信息

目前，激光超声合成孔径聚焦技术（SAFT）对内部缺陷的成像检测应用越来越多，对内部缺陷的成像质量要求也越来越高。基于合成孔径后处理成像方法，提出一种激光超声模式波在信号的多融合预处理技术下的成像优化方法，以实现对试件内部矩形缺陷的高质量检测。对采集的激光超声模式波依次进行差分计算、模式波包络提取、包络极大值线性插值、均值化去伪像的处理，再选取处理过的模式波进行SAFT成像。与未预处理的模式波成像结果的对比表明：后处理成像方法对缺陷的纵向深度探测误差平均降低了2.37%，横向宽度的检测误差平均降低了30.88%，使得缺陷的尺寸和位置判别更准确；成像质量显著提升，描述成像质量的能量梯度（EOG）函数平均值是预处理前的1.88倍。该后处理成像方法实现了对内部缺陷位置的定性精准判别、对尺寸的精准检测及高质量成像，为激光超声内部缺陷的检测方法提供了一种可能更优的后处理方案。

关键词：激光超声合成孔径聚焦成像多融合预处理成像优化缺陷检测

基于改进哈里斯鹰优化算法的光谱特征波段选择模型研究

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光谱学与光谱分析 2024年第1期44卷 148-157页

作者：鲍浩张艳贵州大学大数据与信息工程学院贵州贵阳550025 贵阳学院农产品无损检测工程研究中心贵州贵阳550005

特征波段选择是近红外光谱分析的关键步骤之一,有效的特征波段选择能提高建模效率与模型性能。传统的特征波段选择算法存在运行时间长、选择特征冗余的缺陷,在实际工程应用中难以达到期望的效果。哈里斯鹰优化(HHO)算法具有原理简单、... 详细信息

特征波段选择是近红外光谱分析的关键步骤之一,有效的特征波段选择能提高建模效率与模型性能。传统的特征波段选择算法存在运行时间长、选择特征冗余的缺陷,在实际工程应用中难以达到期望的效果。哈里斯鹰优化(HHO)算法具有原理简单、参数少的优点,但同时也存在收敛精度低且易陷入局部最优的不足。在HHO算法的基础上提出了一种基于改进哈里斯鹰优化(IHHO)算法的近红外光谱特征波段选择模型。针对HHO算法只能用于求解连续空间的优化问题,采用离散化策略对HHO算法进行修正,使其能求解离散形式的特征波段选择问题;考虑到HHO算法初始种群的质量差,使用混沌映射、反向学习提高初始种群的质量,以增强算法的全局探索能力;由于HHO算法在局部搜索时的收敛精度低,提出了新的猎物能量衰减模型与跳跃策略,以进一步增强算法在局部搜索时的寻优能力;为避免算法在寻优过程中落入局部最优,借鉴了遗传算法的变异方式对HHO算法进行扰动。使用竞争性自适应重加权采样法(CARS)、连续投影算法(SPA)、粒子群优化(PSO)算法、遗传算法(GA)、 HHO算法与IHHO算法进行比较,并以4个定性分析近红外光谱数据集与2个定量分析近红外光谱数据集分别建立了支持向量机(SVM)识别模型和偏最小二乘回归(PLSR)模型。在定性分析实验中,IHHO算法得到的平均准确率相对于全波段时分别提高了0.83%、 9.55%、 17.65%以及0%,平均特征波段数仅占全波段的9.97%、 2.59%、 1.36%以及0.59%。在定量分析实验中,IHHO算法得到的平均决定系数分别较全波段提高了10.57%、 1.47%、 4.41%、 3.66%以及3.06%,平均均方根误差分别较全波段较低了0.162、 1.266 3、 1.868、 1.869 4以及0.408 4,平均特征波段数仅占全波段的9.24%、 10.53%、 6.54%、 6.91%以及7.14%。实验结果表明,IHHO算法在选择特征波段时能够去冗余,针对性选择最重要的特征波段,其性能均优于比较的几种算法。IHHO算法具有良好的应用前景。

关键词：近红外光谱分析特征波段选择哈里斯鹰优化算法支持向量机偏最小二乘回归