复合材料构件R区的超声相控阵检测实验

针对复合材料构件R区的超声检测问题,开展超声相控阵检测实验研究.分析R区的检测难点,利用超声相控阵检测技术的优势,分别提出了基于相控阵弧阵换能器和线阵换能器的两种检测方法;对复合材料L型试样的R区进行超声相控阵检测实验,验证了两种检测方法的正确性;并与常规超声检测方法进行对比,分析了超声相控阵技术检测R区的技术优势.研究结果表明:超声相控阵检测技术具有适用性强、检测效率高等优势,可以满足复合材料构件R区的检测要求.     

空气耦合超声检测中脉冲压缩方法的参数选优

多种脉冲压缩方法已成为提高空气耦合超声检测信号信噪比(SNR)的有效手段,而实际使用中面临如何选取合适参数以获得更好压缩效果的问题.基于脉冲压缩技术的基本原理及其在超声检测中的实现,建立了具备超声信号脉冲压缩实时处理的空气耦合超声检测系统.使用窄带空气耦合超声换能器分别就线性调频、非线性调频及相位编码脉冲压缩方法的关键参数对压缩效果的影响开展了实验研究,获得了脉冲压缩参数选取准则.最后以模拟缺陷的蜂窝夹芯复合材料试样为对象,验证了参数选优后的脉冲压缩方法在空气耦合超声检测中的应用效果.      

FDTD方法的改进及在超声波声场计算中的应用

时域有限差分法(FDTD, Finite Difference Time Domain)是建立超声检测模型的有效手段,然而在相邻两种介质的分界面上,两种介质声阻抗的突变会引起差分计算的不稳定.为了解决上述问题,从常规FDTD方法入手,提出将界面两边介质的声学参数在界面处进行平均处理的方法,对FDTD方法进行了改进;然后分别采用常规FDTD方法和改进方法对相邻两种介质声阻抗相差5个数量级的模型进行了声场计算;最后对超声换能器进行了有限差分声场计算和实际检测实验对比.研究结果表明:改进的FDTD方法是超声波声场计算中一种有效可行的数值方法.     

基于深度学习的焊缝PAUT数据智能化分析方法

超声相控阵检测技术(PAUT)凭借其突出的技术优势被广泛应用在船舶、铁路、石油石化和航空航天等诸多领域。在焊缝超声相控阵检测(PAUT)中，对检测数据缺陷的识别定位目前多采用传统的人工判读方式，判读效率较低，对检测人员的判读经验有较高要求，难以满足自动化超声检测的要求。基于深度学习中的目标检测和跟踪算法构建智能识别模型，通过对焊缝超声相控阵检测的S、B扫图特征进行融合，并结合焊缝的三维结构信息，识别并定位出缺陷在焊缝中的三维空间位置。实验结果显示: 缺陷框的平均三维IOU(预测三维缺陷框和实际三维缺陷框的平均交并比)达到0.644 9，较为接近缺陷的真实空间位置，可以实现焊缝超声相控阵检测成像结果智能识别和定位。      

复杂结构焊缝缺陷双线阵全聚焦超声成像方法

某型航空发动机高温合金盘由涡轮盘本体和外层整体叶片环焊接而成，采用常规单通道超声方法检测焊接面缺陷时，存在检测分辨率低、信噪比差等问题，为此，提出了一种采用两组线性阵列换能器的检测方案。利用全聚焦方法（TFM）对焊接面缺陷进行成像表征，与常规全聚焦方法不同，阵列孔径和波形模式均能随检测深度动态变化，其最优参数通过理论仿真确定。制备了含预埋缺陷的航空发动机高温合金盘试样，开展了检测实验。结果表明:提出的双线阵全聚焦超声成像方法能有效提高高温合金盘未焊合面积型缺陷的检测能力，是一种可行的检测方案。      

毫米波宽带相控阵导引头关键技术综述

毫米波宽带相控阵导引头技术是目前世界各国的研究热点。其威慑力决定于它的“快、远、精、多”能力,即快速性、远距探测能力、精度和多目标能力。毫米波宽带相控阵导引头采用电扫描技术,具备快速性;采用毫米波宽带成像技术,能对目标进行准确跟踪拦截,实现精确制导;采用有源阵列天线技术,可以得到较大的合成功率,增加导引头的远距离探测能力;快速灵活的波束控制使得导引头具有检测与跟踪多目标的优势。在分析了毫米波宽带相控阵导引头技术研究现状和基本特点及优势的基础上,主要对有源阵列天线技术、宽带毫米波成像技术、空时自适应处理技术及多目标检测与跟踪技术等毫米波宽带相控阵导引头的关键技术进行了初步探讨。     

聚焦式超声悬浮

超声悬浮技术在无容器材料制备以及地面空间状态模拟等方面有着广泛的应用前景.利用超声聚焦的原理,把换能器的辐射端设计成曲面,建立了一种单轴式的超声悬浮系统,旨在提高系统的悬浮性能.从理论上分析了此结构中声场的分布情况及其特性,并且对声场作了进一步的数值模拟分析.最后根据此理论设计了几种不同参数的超声悬浮器,进行了一系列的实验验证.实验结果表明此种结构能够提高系统的悬浮性能,系统的悬浮能力以及悬浮稳定性要比平面式超声悬浮系统高.      

基于动态孔径聚焦的L型构件相控阵超声检测

由于L型构件界面形状复杂,当采用基于全矩阵数据的全聚焦方法时,声波在试样中的传播路径十分复杂,增加了试样中超声传播时间的计算难度.为了解决上述问题,提出了一种根据实际被测对象并使用全矩阵数据的动态调整聚焦方案的"动态孔径聚焦方法";然后,针对L型构件的型面特征,制定了动态孔径聚焦检测方案,并提出了基于Snell定律的声波传播时间计算方法;最后,通过时域有限差分数值仿真方法模拟全矩阵数据,验证了所提出聚焦方法的正确性;定制L型金属试样进行检测实验,检测结果与实际试样参数一致.研究表明:所提出的动态孔径聚焦方法可实现对L型构件的有效检测.      

基于电磁超声横波的管道剩余厚度检测

为实现管道剩余厚度的精确检测,设计了一种基于电磁超声横波的非接触式管道厚度检测系统。采用自研的电磁超声大功率激励源与换能器产生测厚横波,并由接收器对回波电压信号进行实时滤波和处理,得到铝制管道的精确剩余厚度。针对电磁超声回波的小信号和低信噪比对激励线圈参数进行优化,在此基础上对横波声束在圆形管道界面辐射特性进行分析。根据换能器线圈匝数、线圈宽度分别为回波信号峰峰值和信噪比的最大影响因子,设计优化后检测换能器并实现了误差小于0.2%的剩余厚度检测。      

航空铝试块疲劳裂纹相控阵超声成像检测

表面疲劳裂纹扩展可导致结构失效,利用相控阵超声成像技术监测疲劳裂纹,获取结构完整性评价所需裂纹信息,可及时对结构失效提出安全预警。采用三点弯曲疲劳试验法在航空铝试块上生长疲劳裂纹,对裂纹开口面材料进行逐步切削来获得不同长度的疲劳裂纹,利用相控阵超声全矩阵采集(FMC)和全聚焦方法(TFM)获得的裂纹尖端和开口图像信息来监测裂纹扩展和测量裂纹长度,并测试了相控阵超声探头放置位置、裂纹张开/闭合、裂纹表面粗糙度对超声成像检测效果的影响。研究结果表明:相控阵超声探头从裂纹侧面入射检测能更好地对裂纹进行超声成像,并真实反映材料内部裂纹扩展前缘形貌。当疲劳裂纹长度大于3倍超声波长时,裂纹尖端和开口图像完全分离,相控阵超声全矩阵采集和全聚焦成像技术可有效测量裂纹长度,测量误差小于0.2 mm。相比裂纹张开时,疲劳裂纹闭合效应会使裂纹尖端超声图像信号减弱4.5 dB,长度测量值小0.6 mm。      

整体叶盘叶片焊缝裂纹相控阵超声检测

裂纹是线性摩擦焊整体叶盘结构制造过程中叶片焊缝区域常见的缺陷类型之一。由于叶片焊缝区域结构复杂且裂纹缺陷尺寸小,因此焊缝区域裂纹缺陷的检测难度大。为了满足新工艺的应用要求,研究了焊缝区域的相控阵超声全覆盖检测方法,建立了焊缝区域相控阵超声检测的有限元仿真模型,研究了裂纹特征参数和声束聚焦点位置对检测方案的影响,验证了检测方案的可行性与正确性。构建了机器人化的相控阵超声检测系统,模拟了声束在线性摩擦焊叶片试样中的传播过程,实现了对叶片中预制裂纹缺陷的识别。研究结果表明,设计的检测方案能够满足叶片快速检测的要求。     

旋转矢量法解的二义性及其消除方法

对旋转矢量法用于相控阵天线校准时的多解问题及其消除方法进行了研究.采用旋转矢量法对相控阵天线进行校准时会得到两组解,其中一组是伪解.通过理论推导对旋转矢量法中解的二义性进行了分析,给出了两组解的物理意义;然后通过对求解量进行变换给出了一种基于多轮测试的旋转矢量法解的二义性消除方法;最后通过理论分析和数值仿真对该方法的有效性进行了验证.结果表明,通过设置多组不同的初始相位分布,进行多轮旋转矢量测试,可有效消除解的二义性,该方法具有可操作性强、对测试系统要求低等优点.     

协同体制被动毫米波成像系统天线阵布局优化

针对人体安检应用中的高分辨率实时成像需求,分析了被动毫米波成像系统中相控阵体制与综合孔径体制的关系,结合两者优势提出了一种协同体制被动毫米波成像系统.针对水平方向相控阵体制布局,利用模拟退火算法进行优化,提出采用不同孔径喇叭天线作为阵列单元的方式提升阵列性能,并对主波束效率最大化及副瓣电平最平坦两种准则下的优化结果进行比较;针对竖直方向综合孔径体制布局,设计了满足基线不缺失条件的冗余度最平均稀疏阵列布局.仿真分析结果表明优化后的阵列天线结构可满足被动成像中提升功率测量信噪比(SNR)的需求.      

基于有限元分析的椭圆振动切削换能器

通过分析纵向振动换能器的传统模型,设计出一种在结构不对称情况下,单向激励产生椭圆振动的理论等效模型,利用有限元分析工具对换能器的等效模型进行动力学和静力学分析,对换能器的尺寸进行优化设计,使换能器的谐振频率和振动模态达到较为理想的状态,在此基础上研制出一套单激励超声椭圆振动车削系统,并且利用人造多晶金刚石(PCD)刀具进行了超声椭圆振动切削试验,得到了比较好的加工质量,验证了有限元分析的方法对换能器设计在参数优化和振动形式分析方面有实际的指导意义,同时也说明椭圆振动切削能够有效的提高加工质量.     

相控阵天线快速校准方法

相控阵天线的快速测量和校准一直是相控阵天线研究的热门问题。传统校准方法的测量速度较慢,不能满足大量工程需求的测量校准要求。针对实际工程应用需求,在对幅相求解算法研究的基础上,提出了一种基于幅度测量的快速校准方法--四相幅度校准法（FPC）。经理论分析,该方法的校准时间仅相当于采用6位数字移相器的旋转矢量法所花费校准时间的1/16。对四相幅度校准法、采用4位数字移相器的旋转矢量法和采用6位数字移相器的旋转矢量法的校准速度和校准精度做了对比试验,试验结果验证了四相幅度校准法的正确性和高效性。