复合材料粘接缺陷的超声检测识别研究

超声检测无人机复合材料试件时,针对复合材料较薄、超声检测回波信号易发生混叠的问题,该文提出一种基于经验模式分解和小波包能量谱特征的脱粘缺陷识别方法。该方法首先对不同大小脱粘缺陷回波信号进行经验模式分解和小波包分解,分别提取其能量谱特征;然后,对提取的能量谱特征采用改进隶属度函数的径向基神经网络进行脱粘缺陷分类识别。实验结果表明:提取的能量特征能够有效提高不同脱粘面积缺陷的识别率。     

基于机器学习的金属近表面缺陷超声检测方法

在超声脉冲回波检测技术中,由表面回波产生的"死区"会隐藏近表面缺陷的回波信号,对于近表面缺陷的实际检测造成一定的干扰.针对上述问题,提出一种将数字信号处理与支持向量机相结合的方法,通过识别缺陷一次回波和二次回波,实现对近表面缺陷位置的准确计算.实验中,通过垂直入射超声脉冲回波法采集轴承内圈的A波信号,使用支持向量机分类...     

基于递归分析的微裂纹缺陷超声检测技术研究

为准确检测金属构件微裂纹缺陷,采用超声脉冲反射法对金属试块进行检测,并提取超声背散射信号进行分析。通过对背散射信号进行简单的建模,说明其组成要素。由于背散射信号的非线性特征,缺陷回波信号会对系统的递归特性产生影响;在此基础上提出了基于递归分析的方法分别对含人工微裂纹缺陷金属试块的无缺陷区、单裂纹区及双裂纹区背散射信号进行检测研究;通过合理的参数选择,对采样信号进行递归分析并绘制递归图;对比含缺陷信号与无缺陷信号,发现前者会在递归图中产生明显的白色交叉条纹带。使用递归定量分析进一步研究了含缺陷背散射信号的递归特征量。结果表明多种特征量对缺陷回波信号比较敏感,其中递归率(RR)和捕获时间(TT)在缺陷位置有明显的特征。     

超声Lamb波在缺陷处的二维散射特性研究

利用散射系数周向分布图研究了超声Lamb波在缺陷处的二维散射特性。建立了超声Lamb波与缺陷交互作用的有限元仿真模型,采用双元激励法产生单一S0模态入射信号,利用吸收边界消除边界回波的影响,采集缺陷所有方向上的散射信号并产生散射系数周向分布图。此模型的计算结果与实验结果一致,证明了模型的正确性。研究了S0模态与通孔和通透裂纹两种缺陷的交互作用,并测量了S0模态以零度角入射缺陷时的周向散射系数分布图,利用其图形特征可以进行缺陷种类识别。分析了散射场中多模态信号的能量分布,指出检测中若激励单一模态,而接收多模态信号,可以防止漏检,更有效地检测缺陷。     

基于相轨迹的多裂纹管道超声导波检测研究

在超声导波多裂纹管道损伤检测中,缺陷回波信号幅值较小且波形复杂,不利于损伤的识别。基于混沌系统的初值敏感性及较强的噪声免疫特性,通过数值模拟和实验研究,验证了杜芬混沌系统的相轨迹识别多裂纹管道超声导波信号的有效性。给出了混沌系统相轨迹识别导波信号的原理,并结合超声导波检测,确定基于相轨迹识别的系统检测参数。利用ANSYS有限元软件和搭建的超声导波实验平台分别进行数值模拟和实验,获得超声导波在含有不同损伤大小的6m长的双裂纹管道中传播的数值模拟信号和实验信号,并在数值模拟信号中添加一定的高斯白噪声,用以分析噪声对混沌系统的影响。利用选取的杜芬混沌系统检测数值模拟信号与实验信号并进行对比验证,最后根据二分法确定缺陷位置。检测的相轨迹结果表明,该杜芬系统能够有效地免疫噪声并识别管道中的双裂纹小缺陷,并且提高了超声导波检测的灵敏度。     

小波包能量谱和BP神经网络在波纹管压浆超声检测中的应用

针对小波分析在信号处理的局限性,将小波包分析和反向传播(Back Propagation,BP)神经网络相结合,提出一种基于小波包能量谱和BP神经网络的波纹管压浆超声检测方法。采用超声检测方法接收波纹管模型的回波信号,以小波包分解后各子频带的能量作为检测特征,当波纹管内部出现脱落时,检测特征会发生变化,最后将特征输入BP神经网络中进行分类识别。试验结果表明,该方法能够理想地实现波纹管内部缺陷的诊断,可为波纹管超声检测提供一定的技术支持。     

基于小波包能量变化率的激光超声处理

为提供解决航空发动机原位裂纹的快速检测方法,得到缺陷深度与特征量之间的关系,使用激光器在一系列不同缺陷深度的航空板上激发声表面波,对收集到的信号进行预处理,并提出新的小波包变换能量变化率指标,用于进行缺陷损伤识别。结果表明:反射波信号在S_(80)、S_(81)频带上的小波包能量变化率随缺陷深度的增加呈现增加趋势,增长幅度分别为96.8%、86.3%;而反射回波在S_(80)、S_(83)频带上的小波包能量变化率较为显著,增长幅度分别为23.8%、80.2%。该分析方法为激光超声表征表面缺陷提供新的思路,为今后从能量变化率指标分析裂纹深度奠定基础。     

基于Wigner-Ville分布的焊缝特征导波信号分析方法

超声导波信号的波形具有多模态、波包混叠严重的问题,因此寻找有效的信号分析和模态识别方法成为超声导波焊缝检测技术中的重要研究内容。利用时-频分析方法中的Wigner-Ville分布及其改进方法对实验获得的焊缝特征导波回波信号进行处理,分析各波包对应的导波模态,有效识别缺陷回波信号,提取焊缝的结构和缺陷信息,实现模态分离和缺陷识别。分析结果与焊缝的实际结构和尺寸参数相吻合,该分析方法可为焊缝特征导波信号的分析处理提供现实依据。     

基于神经网络的超声导波钢杆缺陷识别

利用基于BP神经网络的缺陷识别算法,从不同实验条件下获得的信号样本中抽取特征量,对钢杆中不同深度和位置的径向裂纹进行了识别。首先,采用频率为235kHz激励轴对称纵向模态导波对钢杆中的径向裂纹进行了检测。实验表明,在235kHz时获得的超声导波信号含较单一的L(0,2)模态,避免了用L(0,1)模态检测小尺寸缺陷时检测能力较弱的问题,又减少了用轴对称纵向高阶模态检测缺陷时模态较多不易分辨缺陷回波的现象。其次,利用算法对钢杆中的径向裂纹进行识别。结果表明,在已有实验样本数下,缺陷识别算法从整体上很好地识别不同深度和位置的裂纹,识别正确率稳定在87%。     

基于经验模态分解的管道超声回波信号噪声消除

在管道超声无损检测中,超声回波信号往往受到电子噪声、结构噪声等噪声的影响,所以在分析缺陷回波信号时,必须对回波信号进行去噪处理.本文提出了一种新型的基于经验模态分解的方法对超声回波信号进行了良好的消噪处理.通过计算,超声回波信号的信噪比大约提高了11 dB.     

基于LFM的橡胶脱粘超声检测方法研究

针对SYS510e型空气弹簧底板的金属橡胶粘接结构橡胶脱粘缺陷超声检测难以辨识问题,提出采用改进的线性调频脉冲代替传统窄脉冲作为超声波激励信号,增大超声检测的信号能量和频谱宽度。在宽频带超声检测的基础上,采用小波包-奇异值分解方法解析超声回波在不同粘接状态、不同频率范围的时频能量分布,提取更稳定、一致性更好的橡胶脱粘辨识特征值。根据特征训练BP神经网络对空气弹簧的橡胶脱粘缺陷进行超声C扫描检测。结果显示,基于改进的线性调频脉冲激励的超声检测方法能够准确有效地辨识橡胶脱粘缺陷的位置和轮廓,满足对SYS510e型空气弹簧的超声脱粘检测需求。     

电磁超声单向表面波对铝板微小缺陷的检测

电磁超声表面波被广泛用来检测表面或近表面缺陷。双向表面波电磁超声换能器(ElectromagneticAcoustic Transducer, EMAT)会在两侧同时产生能量较低且均衡的超声波,而微小缺陷(缺陷深度远小于表面波波长)的反射信号非常微弱,易被噪声淹没,根据回波信号,难以识别和定位缺陷。为此基于惠更斯叠加原理设计了单向表面波EMAT,对其声场进行了有限元分析;研究了增强侧表面波遇到不同缺陷的响应特性,得出缺陷深度、角度与反射波幅值的关系;并对含不同微小缺陷的铝板进行了实验研究。仿真和实验结果表明,所提方法提高了表面波检测微小缺陷的灵敏度,并实现了缺陷位置及深度的量化。     

水利工程中金属焊缝缺陷的超声检测方法比较研究

为研究基于超声的无损探伤方法在水利工程金属结构焊缝缺陷识别中的应用,利用常规超声检测技术、超声相控阵技术、衍射时差法(Time of Flight Diffraction, TOFD)超声检测技术对水利工程金属结构焊接试块缺陷进行识别,分析了各种缺陷在超声无损探伤技术中的特征显示。研究结果表明:常规超声检测技术、TOFD检测技术均能对各种缺陷实现信号显示,超声相控阵检测技术对气孔和横向裂纹的显示不够明显,但对其它缺陷的检出效果较为明显;常规超声检测技术对操作人员的要求较高,对缺陷的定性困难,精度不高;TOFD检测结果中气孔和横向裂纹的显示呈现出一种特殊的弧形,有一定高度的内部裂纹和未熔合的信号由上下尖端衍射波组成,根部未焊透上下尖端信号不够明显;相控阵检测结果直观,可以较精确地测量缺陷的埋藏深度、自身高度、长度等,但在扫查点状缺陷或者与超声声束平行的裂纹缺陷时,检出率极低。     

铝合金回填式搅拌摩擦点焊缺陷的超声检测及信号识别

目的 利用水浸聚焦超声C扫描对2524铝合金回填式搅拌摩擦点焊（RFSSW）接头进行检测并完成缺陷识别。方法 以A扫描时域信号为对象,绘制能量谱与金相作对照,确定焊合区;分析未焊合、聚集型孔洞及弥散型孔洞的时域和频域波形特征,并对频域信号进行小波分析,提取特征量。结果 缺陷区反射回波的归一化能量不低于0.02;不同形式的缺陷（聚集型孔洞、弥散型孔洞、弱连接）其频谱形状特征不同,具有不同的峰值个数。结论 通过金相验证,表明超声波C扫描对接头缺陷可进行有效的检测和区分。     

Evaluation of defects in the seal region of food packages using the ultrasonic contrast descriptor, ΔBAI

A rapid, dependable method of on‐line package inspection will allow wider implementation of energy‐ and material‐efficient retortable pouches and trays, by reducing inspection costs. To evaluate high‐frequency ultrasonic imaging as a sensing method, the 17·3 MHz ultrasonic pulse‐echo Backscattered Amplitude Integral (BAI) method was used to visualize and evaluate major defects (channels and product inclusions, which compromise the seal integrity and must be reliably inspected) in the seal area of flexible food packages. The focus of this study was to evaluate the image contrast, denoted ΔBAI, for various packaging materials, defect types and sizes. Channel (6–100 µm in diameter) and inclusion defects (strands of mouse tail tendons, 20–150 µm) were created in the seal area of all‐plastic and foil‐containing packaging films. It has been shown that there is a direct relationship between the defect size and ΔBAI value, and that different defect types and packaging materials have a significant impact on the ΔBAI value. The utility of ΔBAI for detecting defects makes it a useful and reliable sensing method for package inspection. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于EEMD和低秩稀疏分解的超声缺陷回波检测方法

针对应用超声对金属材料微小缺陷检测时缺陷回波容易被噪声干扰的问题,提出了一种基于集合经验模态分解(EEMD)和低秩稀疏分解相结合的检测方法,以避免传统基于经验模态分解(EMD)的去噪方法难以消除结构噪声的问题.首先对缺陷检测信号进行EEMD得到一系列本征模态函数(IMF),采用基于概率密度函数的相似性测量方法选取相关模...     

多盲孔缺陷的超声兰姆波时域拓扑能量成像方法研究

传统超声成像方法受瑞利准则的约束，难以对缺陷间距小于成像分辨率阈值的多缺陷进行成像。提出了一种基于时域拓扑能量的超声兰姆波成像方法，将逆散射拓扑成像方法中的拓扑渐进过程转换成求解直接声场和伴随声场。然后通过将伴随声场进行时间反转，两个声场将具有在缺陷处聚焦，在非缺陷处不聚焦的特性。将直接声场和伴随声场进行融合，以时域拓扑能量值作为像素值进行成像，从而使表征缺陷的精度较高。建立了缺陷间距小于分辨率阈值的多盲孔缺陷有限元模型，通过“一发多收”的方式激发S0模式和采集缺陷散射信号，并进行时域拓扑能量成像。仿真结果表明：对于多盲孔缺陷，时域拓扑能量成像法能够获得比延时叠加法和时间反转成像法更高的分辨率，并且能在缺陷间距小于成像分辨率阈值时进行成像。     

CFRP复杂几何结构区相控阵超声检测建模与声传播规律

为厘清碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)复杂几何构件相控阵超声检测中声传播规律,围绕CFRP材料R区开展了弹性特性表征、有限元建模、声场计算及实验验证工作。基于超声液浸背反射法和模拟退火算法求解了CFRP单向板刚度矩阵反问题,并借助Bond变换实现了R区弹性特性的定量描述。结合微观组织分析等获取材料、几何特征,建立了虑及曲面形状、叠层、弹性各向异性的R区相控阵超声检测有限元模型,计算了R区相控阵超声检测A、B扫描信号,发现存在结构噪声和缺陷伪像。在此基础上研究CFRP材料R区瞬态声场并与CFRP平板、弹性各向同性R区和0°单向板R区情况对比,阐明了结构噪声和缺陷伪像的形成机制:弹性各向异性叠层结构导致倾斜入射的超声波发生反射和折射,与沿肋板传播的快速波混叠在R区形成结构噪声,同时多向板R区两侧肋板反射导致缺陷伪像,即材料弹性各向异性与构件曲面叠层结构耦合共同影响缺陷的精准辨识。      

棱角反射波幅度法测量裂纹高度的研究

提出一种对裂纹高度超声棱角反射测试的改进方法,推导裂纹高度H(f或面积Af)与裂纹棱角反射回波幅度Pf和无限大棱角反射回波幅度PB的方程。应用提出的计算公式,并辅以简便快捷的Matlab计算,可避免加工和使用试块,从而能够简便快捷地测量裂纹的高度,测量过程简单方便,无盲区。