基于柔性阵列探头的铸铝金具相控阵超声检测技术研究

针对铸铝金具结构的复杂化,传统无损检测技术已不能满足不规则形状铸铝金具现场快速检测的需求,提出一种基于柔性阵列探头的相控阵超声检测方法。首先给出用于柔性阵列探头的相控阵超声动态聚焦算法,分析CIVA无损仿真平台的基础仿真理论;其次基于CIVA无损仿真平台验证动态聚焦算法实现声束的偏转与聚焦,并通过仿真对柔性相控阵超声探头进行参数优化;最后通过对典型铸铝金具进行检测,验证方法的有效性和可行性。结果表明,对于不规则形状的铸铝金具,基于柔性阵列探头的相控阵超声检测可满足其出厂检测和现场在役快速检测的需求。     

基于COMSOL对超声相控阵特性对比分析

在超声波辐射过程中,相控阵技术有助于实现能量聚焦和传输定向,从超声相控阵的阵列结构入手,对比分析平面圆形、平面矩形、平面六边形、凹球面圆形、凹球面矩形、凹球面六边形6种阵元阵列在焦点的能量分布和声场指向性,并以这两点作为评定超声相控阵作用效果的依据.实验结果表明,在所有阵元阵列中平面圆形阵元阵列能够平衡声场的低旁瓣干扰...     

基于超声相控线阵的缺陷全聚焦三维成像

在无损检测领域,缺陷三维成像能够还原材料内部缺陷的空间信息,与传统的二维成像相比有着明显的优势。目前实现超声相控阵缺陷三维成像主要依靠面阵探头,而这些设备往往十分复杂和昂贵。通过采取适当的数据采集方法和后处理成像算法,超声相控线阵系统能够实现低成本、高效率的三维超声检测成像。采用断层扫描和全矩阵捕捉的方法获取成像数据;再利用全聚焦成像算法绘制高分辨率的断层图像;根据这些图像在三维空间中真实的位置关系,插值还原出缺陷的三维图像。此外,针对全聚焦成像算法计算量大的问题,提出了一种加速算法。实验表明,这种检测方法能够快速得到目标空间区域的高质量三维图像,准确体现缺陷的空间分布情况,相比于借助B扫查图像和C扫查图像材料内部缺陷的方法,具有更强的直观性。     

手持式超声多通道系统设计与导波成像技术研究

超小型手持式的多通道阵列系统是集成度非常高的超声检测系统,该系统主要优势是体积较小,检测方便等。针对超小型手持式多通道阵列系统设计,搭建了64通道的超声检测系统,而64通道的超声检测系统设计结果为延时精度5 ns和采样频率100 MHz,系统的带宽为0.02～25 MHz,系统体积为40×70×90 mm³;通过延时精度和同步采样实验以及最后的缺陷检测与导波成像实验,结果表明该系统设计的可行,对于扩展成更多通道的医学超声检测系统,该系统仍可以满足且体积不会增加太多,在同类型仪器中体积较小。     

基于阵列时延库的变压器局放超声阵列定位研究

针对电力变压器局部放电超声阵列检测法存在定位精度的问题,建立了一种阵列时延库,该时延库建立的基本思想是以阵列传感器中心阵元为原点,将变压器模型在三维空间以1 cm间距等分成若干网格,在每一个网格交点处假设放电源并求出放电源点到阵列传感器各阵元的时延组建成库,通过基于遗传算法的空间搜索,匹配阵列时延库中与真实阵列时延相似度最高的放电源点作为局放源位置,大量实验研究表明该方法的误差在4 cm之内,定位效果理想,证明了该方法的可行性。     

转轮焊缝相控阵超声检测工艺研究

针对常规超声检测方法在进行三维多变断面转轮焊缝检测时存在的局限性,介绍了相控阵超声检测技术的特点。根据转轮焊缝容易出现的缺陷类型制作了模拟试块,设计超声相控阵检测工艺并进行检测,对检出缺陷进行常规超声检测验证。结果表明,超声相控阵技术可明显提高检测效率及检出能力,但对位向不好的层间未熔合,仍需配合直探头在焊缝弧面进行补充检测。     

小径管对接接头相控阵超声检测工艺研究

相控阵超声检测薄壁小径管对接接头相比传统脉冲反射式超声检测有较大优势。试从步进偏置、扇扫角度范围、聚焦方式和灵敏度等方面开展相控阵超声检测工艺设计,并通过制作人工伤和自然缺陷的试样对工艺进行验证。     

用于超声成像的阵列式光纤传感系统研究

光学超声成像是一种新型的医学成像技术,相比于传统超声成像技术具有更高的分辨率和更高的对比度。目前,光学超声成像通常以单传感器采集超声信号,使用机械扫描视场进行超声成像,但这会导致相对较长的扫描时间和较低的帧速度。为了解决这一问题,提出了基于法布里-珀罗(Fabry-Pérot, F-P)干涉和激光多普勒测振两种原理的阵列式光纤超声传感系统,使用多个光纤传感单元并行采集处理信号来实现快速光学超声成像。搭建传感系统并进行超声传感实验,结果显示F-P干涉系统的灵敏度更高,实现了10 fps的成像速度,而激光多普勒测振系统更适合全部通道并行传感,成像速度为100 fps。研究实现了快速光学超声成像,这开创了光纤传感系统用于并行超声传感的先河,这在无损检测和生物医学超声成像方面具有巨大潜力。     

基于CPCI总线的相控阵雷达波束调度系统设计

为了解决传统相控阵雷达波束调度系统工作不够灵活、不够高效,以及信息传输效率不高、易受干扰等缺点,提出了一种新型的基于CPCI总线的波束调度系统体系结构,采用了在实时系统VxWorks下的CPCI设备驱动、DMA数据传输等技术,充分利用了软件编程的灵活高效,提高了系统的传输效率和质量。工程实践表明,此体系结构可以高效、稳定的保证波束调度软件系统乃至相控阵雷达整机系统正常工作。     

管道超声相控阵全聚焦成像仿真及算法优化

针对厚壁管道内部缺陷识别困难、可视化差等问题,提出基于超声相控阵理论和全聚焦算法对厚壁管道内部缺陷进行图像重构。并针对全聚焦成像效率低的缺点,采用有限元法对外径为550 mm,壁厚为65 mm的厚壁管道超声相控阵全聚焦成像进行仿真,模拟缺陷检测过程和成像结果,并使用稀疏矩阵对算法进行优化。结果表明：在基本满足成像质量要求的情况下,采用激发中心频率为5 MHz,阵元宽度为 0.5 mm,阵元间距为1 mm,阵元数量为32时,稀疏激发矩阵比全矩阵全聚焦成像效率提高了74.81%,有效提高了成像速度,满足全聚焦快速成像的需求。     

超声相控阵检测技术的发展及应用

超声相控阵是近年来发展起来的一门新的工业无损检测技术,通过对各阵元的有序激励可得到灵活的偏转及聚焦声束,联合线性扫查、扇形扫查、动态聚焦等独特的工作方式,使其比传统超声检测具有更快的检测速度与更高的灵敏度,成为目前无损检测领域的研究热点之一。介绍了超声相控阵的检测原理及特点,综述了其国内外发展及研究现状,总结了目前超声相控阵研究热点及发展趋势,最后以汽轮机叶轮轮缘裂纹的检测和焊缝的检测为例,介绍了超声相控阵在实际工程中的应用。     

零件表面损伤对再制造修复件承载能力影响的超声相控阵检测研究

零件使用过程中出现的表面损伤会影响其再制造修复时的界面结合质量,从而降低承载能力。为得到零件表面损伤大小对修复件承载能力的影响,对表面预制不同宽度损伤的基体材料进行等离子喷焊再制造修复,采用超声相控阵对施加三点弯曲载荷的修复件进行检测。根据检测结果,提取A扫波形图中二次底波声程,得到不同载荷下二次底波声程变化曲线,根据曲线转折点得出修复件界面裂纹萌生时的载荷F_A;通过定量化处理C扫俯视图中缺陷并计算其面积占比,得到不同载荷下缺陷面积占比的变化曲线,根据曲线转折点得出界面初始缺陷演化时的载荷F_C。结果表明,F_A和F_C都能够反映修复件承载能力与基体表面损伤的线性关系;在误差小于5%的前提下,表面损伤宽度每增加1 mm,修复件承载能力约下降0.1 kN;并且相较于F_A,F_C的大小降低了11.12%,从而能够建立表面损伤对修复件承载能力的影响规律,为评定表面损伤零件的再制造质量提供了及时有效的途径。     

超声相控阵传感器阵元间串扰源分析及其隔离方法

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。     

相控阵天线故障诊断方法研究

随着相控阵天线阵列数目的增加和机载雷达尺寸的增大,故障单元快速诊断的需求日益迫切。本文基于相控阵天线故障诊断的原理,研究了一种相控阵天线故障信号的预处理和诊断方法。首先用矩量法构建了仿真环境;其次利用小波模极大值的方法对信号进行了降噪处理,并提取了时域统计特征和小波能量特征;最后运用层次 SVM诊断方法进行分类,获得更高的准确率。实验表明,在信噪比不同的情况下,分类正确率呈现稳步提高的趋势。理论上证明该方法能够有效诊断相控阵阵元故障。     

基于分级延迟的宽带相控阵天线研究

由于色散效应和孔径渡越效应的存在,传统相控阵天线本质上是一种窄带系统。为了解决这一问题,实时延迟在相控阵天线设计中得到了广泛的应用。提出了一种分级延迟的方案来改善天线阵列的瞬时宽带性能。首先简要介绍了分级延迟方案扩展带宽的原理,然后通过仿真设计对子阵级延迟和分级延迟方案下天线宽带性能进行了讨论和对比分析,最后通过试验测试天线的典型宽带性能,对偏离中心频率1.5 GHz,方位/俯仰扫描60°的波位,采用分级延迟方案后和子阵级延迟相比,实测指向误差由1.24°/1.63°降低至0.47°/0.24°,证明该分级延迟方案极大地提升了天线的瞬时带宽,并具有良好的工程实现性。     

Research on magnetron phased array with mutual injection locking for space solar power satellite/station

The SPS (Space Solar Power Satellite/Station) will be a clean base‐load power station in space. It will be the largest space system ever built and will require a high‐efficiency, large‐size, highly accurate, lightweight, inexpensive phased array in order to transmit energy generated in space to the ground. We have proposed and developed a phase‐controlled magnetron (PCM) with injection locking and PLL technique for the high‐efficiency, lightweight, inexpensive phased array. It still has several weak points: (1) approximately 10% power loss occurs at the circulator for injection locking, (2) phase shifter is needed in each PCM for the phased array. In order to correct the weak points, we propose a magnetron phased array with mutual injection locking. For the magnetron phased array, we only use two PCMs with phase shifters; the other components are self‐oscillated and mutual injection locked magnetrons. In this paper, we propose a new formula for use with the magnetron phased array with mutual injection locking. We also present the results of experiments on beam direction control with the magnetron phased array with mutual injection locking. 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 173(2): 21–32, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20998     

基于三线阵二维信号波达方向估计方法

当利用传统平行线阵对高仰角进行波达方向的估计时会存在失效现象,针对该阵列的结构特点,分析此现象及其出现的原因。然后在此基础上,设计了一种三线阵结构,根据三线阵结构的特点计算4个互相关矩阵。利用得到的互相关矩阵构造一个大矩阵,对大矩阵进行特征分解得到信号子空间,最后通过Esprit算法对二维入射角进行估计。本文对俯仰角进行独立估计,可以有效地避免失效现象的出现。仿真结果证实了本文结构的有效性。