相控阵超声新技术在电站设备无损检测中的实践思路探索

超声相控阵检测技术20世纪60年代就已经出现,被应用于医疗领域。但是由于固体中波动传播复杂性、系统复杂性和成本费用高等因素存在,限制了超声相控阵检测技术在无损检测中的运用。而电子技术和计算机技术以及压电复合材料等高新技术被广泛综合应用,促进了超声相控阵技术发展,并且渐渐应用到工业无损检测中。     

基于超声透射特性的复合材料粘接结构粘接质量预测

以非接触式超声检测方法为基础,对复合材料粘接结构的粘接质量进行仿真与试验探究。首先,建立复合材料粘接结构的超声透射特性时域仿真模型,提取其频域透射系数谱,并着重分析界面弱化及内聚弱化对粘接结构中超声透射特性的影响规律。同时,仿真所得不同粘接状态的超声透射系数频谱与平面波理论的计算结果吻合良好。此外,制备具有不同粘接界面状态及胶层内聚弱化状态特征的纤维增强复合材料(Fiber reinforced polymer, FRP)粘接结构。基于水浸超声测量系统,试验探究不同粘接界面状态及内聚弱化状态对超声透射系数谱的影响,分析粘接结构中超声透射特性随其粘接质量的变化关系,并与仿真结果一致。此外,根据复合材料粘接结构中粘接质量与超声透射特性之间的映射关系,亦为复合材料粘接结构的无损表征与评价奠定了坚实基础。     

粘接结构的超声检测技术及其进展

粘接结构由于具有优越的性能被广泛应用于多个领域.超声检测方法能够有效地解决粘接界面粘接质量的无损检测.本文结合粘接结构自身的特点,介绍了应用于多层金属-非金属粘接结构的超声检测方法、信号分析方法及相关检测技术进展,并就多层金属-金属粘接界面的超声检测提出一点设想.     

军机复合材料层压板超声相控阵检测的CIVA仿真与试验

基于军机复合材料层压板的结构损伤特点,利用相控阵超声检测众多参数的可调节性,采用固定单一因数的方法,通过CIVA仿真和试验结果对比,分析了不同参数对检测结果的影响,对军机复合材料层压板超声相控阵检测方案的制定具有重要意义。     

超声相控阵在管道缺陷检测中的优化设计

本文采用具有电子偏转及电子聚焦特性的超声相控阵技术对大口径长输管道环焊缝进行缺陷检测,克服传统无损检测由于焦点固定引起检测过程复杂的不足.相控阵换能器的声场特性决定探伤灵敏度,是换能器设计的主要依据.所以需要对超声相控阵换能器进行优化设计,其目的是研究阵元参数与声场特性之间的关系,尽可能地使主瓣尖锐,抑制栅瓣的产生,减弱旁瓣的幅度.本文首先采用数值分析方法,研究并仿真线阵参数对超声束聚焦性能的影响.然后介绍用超声相控阵换能器进行环焊缝检测的试验平台.在此基础上,选取优化后的超声相控阵探头与一个同频的常规超声探头进行对比试验.试验结果表明了该方法的有效性,能提高相控阵换能器的性能.     

非线性超声在金属基复合材料结构界面粘接强度评价中的应用

针对常规超声波难以对金属基复合材料结构的界面质量进行评价的问题,设计了非线性超声检测系统,利用超声波在界面上传播时微小缺陷与其相互作用产生的非线性响应信号,通过计算回波信号的超声非线性系数,就可以进行金属基复合材料结构界面弱粘接缺陷的检测,进而评价界面的粘接质量.实验结果表明超声非线性系数与界面的粘接强度之间存在一定的关系,因此,非线性超声检测方法有望用于金属基复合材料结构的无损评价.     

复合材料曲面构件缺陷超声三维成像方法

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。     

超声相控阵检测技术在风电高强螺栓中的应用

针对在役风电机组中螺栓不便拆卸的特点,比较分析了常规超声与超声相控阵检测技术的特点,凸显超声相控阵检测的优势。对带有人工缺陷的螺栓试样进行试验检测,试验结果表明,超声相控阵检测技术能够成功检测出螺纹根部缺陷,并且具有较高的检测灵敏度及分辨力,从而降低检测成本,提高检测效率。     

超声相控阵技术在焊接接头检测中的应用

分析了超声相控阵技术的特点,介绍了超声相控阵技术在焊接接头检测中的应用.从应用结果可以看出,超声相控阵技术能极大地提高检测效率,降低劳动强度,节省检测成本.     

聚乙烯电熔接头表面不规则对超声相控阵检测的影响分析

超声相控阵技术及B扫描实时成像技术,可以实现对表面平整的聚乙烯电熔接头缺陷的检测。然而针对表面不规则的聚乙烯电熔接头进行检测,由于耦合剂与聚乙烯两者声速与声阻抗的差异,会造成检测盲区的增大、检测图像的畸变和灵敏度的降低。对聚乙烯电熔接头表面不规则对超声相控阵检测的影响进行系统地分析和研究,并探索出一种实用的方法可以消除表面不规则对超声相控阵检测的影响,使超声相控阵技术能够用于表面不规则的聚乙烯电熔接头的质量检测。     

基于压电超声相控阵方法的结构多损伤监测

基于超声相控阵的主动结构健康监测是飞行器结构健康监测领域一个新的发展方向,也是当前研究的难点之一,超声相控阵结构健康监测在国内还处于起步阶段。在已有应用超声相控阵技术对单损伤定位的基础上,进一步研究飞行器结构中多损伤的监测。通过控制信号的延时,进而控制波束指向,实现对结构的多方位、多损伤扫描。在铝板上进行了实验研究,通过对比不同角度延时前后的损伤散射信号及其合成信号,验证了超声相控阵对多损伤信号的延时叠加能够有效地提高多损伤信号的能量,同时减少非损伤处的能量,从而增强了信号的信噪比,并且对多损伤识别具有较高精度     

Identification of two-phase flow regime using ultrasonic phased array

Flow regime is one of the key characteristics of gas-liquid two-phase pipe-flows and its identification is essential for several industrial applications. In this paper, the ultrasonic phased array technology is used to identify flow regimes of two-phase (air-water) vertical flow. The ultrasonic phased array can perform multi-point, omnidirectional detection to obtain high-resolution data suitable for image processing. The scanned images, which have distinctive features, are subjected to a series of image-treatment techniques, such as principle component analysis, to extract information necessary for flow regime identification. The K-nearest neighbors (KNN) classification algorithm is then used to identify flow regimes with high accuracy.     

基于全聚焦相控阵超声的叶根槽裂纹检测

汽轮机转子受复杂应力和高温的多重作用,常在反T型叶根槽部位产生疲劳裂纹,导致断裂事故。针对此问题,提出全聚焦相控阵超声的检测方法。推导了全聚焦相控阵超声的采集及成像公式,制备了专用试件,在端壁上倒圆（F1）采用线切割方法预制人工缺陷,采用全聚焦相控阵超声检测,并与常规超声进行了对比。结果表明,全聚焦相控阵超声检测精度高,适应性强,具有较好的工程应用价值。     

基于超声复合场的空间悬浮微粒任意点输运方法

提出了基于超声复合场驱动微粒悬浮输运方法。首先从超声相控阵列的延时聚焦原理出发,建立了空间任意点聚焦模型和作用力公式,然后利用超声驻波场辐射力计算方法,建立了微粒在超声复合场下的运动控制模型和驱动力公式。通过MATLAB模拟复合声场,分析了影响聚焦性能和控制性能的因素,给出了初步实验验证结果。最后提出了任意控制微粒运动的超声复合场驱动方案。     

A Parametric Study of Beam Steering for Ultrasonic Linear Phased Array Transducer

All the parameters of a linear phased array may affect the performance and cost of the ultrasonic inspection system. The characteristic of the acoustic field for an array transducer is the most important factor whether the echo information of the inspected area in a specimen can be obtained and utilized effectively, and it is the main basis of designing a phased array. A mathematical model was presented to simulate the characteristic of an acoustic field radiated from an ultrasonic linear phased array on the basis of Huygens' principle. Based on the model, the beam directivity function can be obtained, and the effects of inter-element spacing, number of elements, element width, and transducer center frequency on beam directivity and steerability in a linear phased array transducer are systematically discussed.     

基于多FPGA的超声相控阵数字波束形成器设计

随着超声相控阵技术的发展,其系统往往不仅支持的可同时工作的通道数量越来越多,而且回波数字化频率也越来越高,这将使得超声相控阵检测系统在运行中产生需要实时处理与实时传输的海量回波数据,给系统的数字接收波束形成器设计带来了挑战。为此,设计并实现一种基于多硬件处理核心的两级结构的数字波束形成器:一方面,波束形成器的硬件处理核心采用多个现场可编程逻辑门阵列(Field programmable gate array,FPGA)来实现多通道海量的回波数据处理,并且硬件处理核心间通过专用机制保证可靠地同步;另一方面,引入高速串行总线来保证多硬件处理核心间的高速海量回波数据的实时传输。结果表明该设计能够满足64通道、200 MSPS数字化频率下的实时数字波束形成实现。     

Examination of Reflection from a Disk using Linear Phased Array Probe in Immersion Mode

Numerical model has been developed in this study based on Huygens and Fermat principles applied to calculate the interference of signals emitted by all elements in an active group of a phased array probe for one focus law. Calculations are presented as ultrasonic field emitted by point source substituting for the active group of the phased array probe, and located in its center. Kirchhoff approximation model is also used to present the field emitted by each rectangular element in the active group, thus accounting for the element length influence on the field emitted by a phased array probe. Findings are shown of ultrasonic field transmitted and received by the same active group of linear phased array probe, after its reflection from infinite plane and disk reflector. Results are illustrated in amplitude–distance type nomographic charts for various reflector diameters (DGS) for one focal law. The theoretical model developed has been validated by experimental results of immersion ultrasonic testings.     

缺陷散射对相控阵超声全聚焦成像的影响研究

相控阵超声全聚焦成像充分利用了检测信号,具有成像精度高、可进行缺陷识别等特点,是未来最具应用前景的相控阵成像算法之一。然而,目前相控阵超声全聚焦成像仍不能实现缺陷的高分辨率成像,无法对缺陷进行准确的定性、定量分析。为此,采用有限元仿真相控阵传感器的全阵列采集(FMC)过程,在全矩阵数据的基础上设计全聚焦成像程序,对圆孔和裂纹两种典型缺陷进行TFM成像,研究典型缺陷的TFM成像规律,从缺陷散射的角度分析影响相控阵超声全聚焦成像的因素。结果表明,实际检测中相控阵超声传感器只能接收到缺陷的部分散射信息,而相控阵超声在缺陷处的散射场分布与缺陷的类型、尺寸、角度及入射波类型、入射角度等因素有关,因此能否接收到缺陷散射的主要能量是影响全聚焦成像精度的关键。