台阶型微闪耀光栅面阵实现二维全混洗变换

基于台阶型微闪耀光栅衍射效率高、特征尺度小、集成度高和加工容易等特点,提出了利用台阶型微闪耀光栅面阵实现二维全混洗变换的方法。讨论了一维和二维全混洗的变换规则和数学定义;通过对刻蚀过程中各单元光栅的刻槽取向和周期的控制,使信号光满足所需要方向的闪耀输出,制作出一维和二维的微闪耀光栅面阵,在自由空间分别实现信号光的一维和二维全混洗变换。最后,比较与讨论了微闪耀光栅实现全混洗变换的方法。理论分析和实验结果均表明:该方法与传统的通过信号光矩阵的分割成像、放大、重组、叠加操作不同,它利用单一器件的衍射特性来控制信号光的取向和光强的分布,从而实现二维全混洗变换。因此,该方法具有光能量利用率高、控制简便、易操作和易集成的特点,充分体现了二维全混洗变换在光通信和光信息处理中具有的高空间带宽积和多自由度的特点。     

基于全变分法重建光声图像

针对光声成像在实际应用中涉及的采样数据不足,提出了一种基于全变分法的光声图像重建方法。通过计算重建图像的模拟信号与实际信号的残差来更新图像,进行迭代以获取重建图像。在迭代重建的过程中引入压缩传感理论中的全变分法,通过梯度下降法得到全变分最小的图像。通过数值仿真,模拟了在不足采样情况下的图像重建。结果表明,全变分重建法的重建效果比滤波反投影法、反卷积重建算法及代数重建算法等3种方法更好。在30个采样点的情况下,重建图像的峰值信噪比值比上述3种算法的重建结果分别高出30.98,22.09和8.35 dB。另外,仿体实验结果也表明该方法能更有效地避免噪声的干扰。     

基于多通道联合稀疏重建的全极化SAR成像

全极化合成孔径雷达(SAR)可对不同极化通道分别独立进行压缩感知(CS)稀疏重建来增强成像性能,但分别独立处理没有利用极化信息的冗余性与互补性,有可能破坏极化信息的完整性。依据雷达目标在全极化下的散射特性构建联合稀疏度量函数,将全极化SAR高分辨成像转化为多通道联合稀疏约束的最优化重建问题,并用改进的正交匹配追踪算法进行求解。由于有效利用全极化信息,多通道联合CS成像相比于单通道CS成像能够获得更好的成像质量,还能全面准确反映目标全极化散射特性。通过对Backhoe挖掘机电磁仿真数据的处理,验证了算法的有效性,并且在微波暗室搭建了全极化SAR半实物仿真系统,利用其获取的全极化实测数据进一步验证了该方法的工程可行性。     

异形管道内跨模式全景深成像方法与装置

异形管道在特种行业中具有极为重要的作用,对其内表面细微缺陷进行检测时所面临的空间小、径向尺寸变化自由等结构特征,使得传统管道内成像检测方式面临着因连续成像景深尺度变化大而造成的失焦问题,影响系统的高分辨力成像。针对这一问题,提出了跨模式全景深成像方法：通过融合成像表面深度数据与成像系统参数数据,自适应的决策当前的聚焦模式,并输出相应的合焦面深度集合。研制了具备深度感知的跨模式成像装置,并针对异形管道内壁细纹特征进行了成像实验。实验结果表明：本成像装置能够自适应的获取单聚焦图像或叠焦序列图像;对叠焦序列图像进行小波多聚焦融合,可获取全景深图像;所获取的全景深图像能够在40～1 000 mm内分辨出0.5 mm宽微小细纹。本成像方法及装置能够为异型管道等场景内的缺陷检测及损伤分析提供可靠的图像支撑。     

基于环形统计矢量阈值加权的上表面开口裂纹横波全跨全聚焦成像

为了有效抑制非目标模式反射体回波伪影,本文提出环形统计矢量阈值 (CSVT)加权的上表面开口裂纹横波全跨全聚 焦成像技术。 利用延时信号构建环形统计矢量(CSV),并根据 Weibull 分布确定伪影噪声的 CSV 值范围后,通过阈值将其剔除 得到 CSVT 因子。 研究表明,在 32~ 64 阵元有效孔径范围内,非目标模式反射体回波伪影噪声的 CSV 值范围在 0. 2 ~ 0. 4 之间, TT-TT 模式(目标模式)下的上表面缺陷回波 CSV 值接近于 1。 因此,阈值处理后的 CSVT 因子值可有效保留缺陷的权重因子, 同时抑制绝大多数非目标模式反射体伪影及相位随机分布的噪声。 相比于横波全跨 TFM 成像,CSVT 加权后的铝块 TFM 成像 图中,上表面-45° ~ 45°人工刻槽下尖端的裂纹信噪比提升范围为 7. 7~ 14 dB。     

基于自回归谱外推的全聚焦成像分辨力提升

针对相邻缺陷全聚焦超声成像混叠问题,结合低阶、宽有效频带自回归谱外推方法,压缩超声波时域脉冲宽度,实现亚波长级全聚焦（Total focusing method,TFM）成像分辨力。建立碳钢试块模型,设置两个中心间距1.8 mm,直径1.3 mm圆孔,选用中心频率2.25 MHz,32阵元相控阵探头采集全矩阵数据。针对全矩阵数据,选择自回归阶数为2,信号频谱最大幅值下降14 dB为有效频带,建立自回归模型并外推有效频带外的高频与低频成分,随后对全矩阵数据进行延迟叠加处理和TFM成像。仿真结果表明,低阶、宽有效频带自回归谱外推处理方法具有较高的鲁棒性和准确性,TFM成像后可有效分离中心间距0.7λ（λ为超声波长）圆孔,保留缺陷横向位置信息的同时,定位误差不超过0.73%。对碳钢试块中相同位置及尺寸的圆孔进行试验验证,定位误差不超过1.06%,有效地提高TFM成像分辨力。     

奥氏体不锈钢小径管焊缝缺陷多模式超声复合全聚焦成像研究

奥氏体不锈钢广泛应用于重大装备的关键部件中,而焊缝是整个装备的薄弱部位。在考虑超声波的多路径和易发生波型转换的特性情况下,进行奥氏体不锈钢小径管焊缝多模式超声相控阵检测方法研究。通过数值仿真,对比分析4种不同直达波检测模式和8种不同底面一次反射波检测模式对小径管焊缝中典型缺陷的检出能力。基于优选出的一种直达波检测模式和一种底面一次反射波检测模式,发展了一种多模式复合全聚焦成像方法。在此基础上,进行奥氏体不锈钢小径管焊缝缺陷检测试验。结果表明,多模式复合全聚焦成像方法可以很好实现小径管中多种缺陷检测,与单一模式全聚焦成像相比,多模式复合全聚焦成像方法不仅可以提高成像的信噪比,且可以大大减小伪像的产生。项目研究工作为奥氏体不锈钢小径管焊缝检测提供了可行的技术方案。     

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。     

复合粘接结构脱粘缺陷全聚焦成像模拟及算法优化研究

针对材料声学参数差异较大的复合粘接结构脱粘缺陷检测困难的问题,研究了复合粘接结构的检测原理及难点,分析了脱粘尺寸对回波幅值的影响,提出了将全聚焦算法应用于复合粘接结构的成像检测方法。分别建立了复合粘接结构的常规PA成像检测和全聚焦算法成像检测的有限元检测模型,提出了基于指向性理论的分序列局部全聚焦加速算法,通过设定角度阈值筛选有效阵元序列来提高计算效率。研究结果表明:对于复合粘接结构脱粘缺陷的检测,全聚焦算法成像检测相对常规PA成像检测具有更高的检测精度;应用加速算法后,对于32阵元的相控阵探头,[-4 mm,4 mm]和[4 mm,8 mm]之间矩形目标区域的全聚焦成像检测,计算量降低了34.7%,且未降低成像质量。     

基于全相位FFT的故障信号检测方法

针对机械系统中的机械故障信号检测,首次提出了一种通用的全相位FFT检测方法.全相位FFT就是自身的频谱分析功能来实现对信号相位、频率和振幅的判决,所得到的相位没有误差,振幅误差也远小于基于FFT的检测技术.通过理论分析和MATLAB仿真,全相位FFT检测得到的信号相位误差为0,频谱校正后的振幅和频率误差也非常低,表明了该方法在故障信号检测中的可行性和正确性.     

V型带传动的传递功率损失第Ⅰ部分:V型带和带轮楔角失配的影响

AV10原始毛边的V型带分别切成由32°到42°楔角,和36°楔角的带轮在51 mm的节圆半径上啮合运转,实验表明,37°到38.5°楔角的带与槽配合最好,啮合运转的效率最高.而其他楔角的带由于不能与带轮槽较好配合的径向失配造成超速和转矩损耗的功率损失.故现有失配带的径向配合的理论模型是不适当的.本结论已经推广并开发了带弯曲变形理论,详细介绍了按照带轮半径、带的结构和带的长度,带轮槽与带啮合运转的角度切成40°,运转效率最高.     

基于二维光栅和检偏器阵列的实时空间偏振解码技术

提出了一种基于二维光栅和检偏器阵列的空间偏振解码技术。编码光场中一部分光束经过孔径光阑、1/4波片后由二维光栅衍射分束,不同级次的衍射光被聚焦在空间滤波器上获得(±1,±1)级四个衍射光束,它们经检偏器阵列后被探测器阵列所接收,利用探测到的四路光强信号可以实时解码得到空间位置信息。该技术可将空间偏振编码的相位延迟量范围扩大到-180°～180°,在相位延迟量-90°、90°附近仍可以精确解码。实验采用的空间编码光场的测量范围为-9.32～9.68 mm,三次实验结果的最大测量误差为0.15 mm,很好地验证了该技术的有效性。     

X80管线钢裂纹尖端张开角的试验研究

高压富气输送管道要求发展管道钢的裂纹尖端张开角（CTOA）的测试方法。采用准静态的撕裂过程和长裂纹扩展长度试件,进行了X80管道钢的裂纹扩展试验,用摄像机跟踪拍摄裂纹扩展全过程,从照片上直接测量出裂纹扩展全过程的CTOA值,分析了裂纹扩展中的断裂力学行为。结果表明：试件的韧带厚度越小,越容易获得稳定的扩展过程,且稳态裂纹扩展的CTOA值随试件韧带厚度的增加而增大,韧带太厚的试件不易得到稳态扩展过程。韧带厚度为4,8 mm试件的稳态的裂纹扩展阶段分别为7.8°1,2.8°,裂纹扩展长度与韧带厚度比在5～252,～10之间。     

无人机载面阵数字相机光学镜头设计

针对4k×4k面阵数字相机,0.5～0.75 μm全色波段,设计了一种焦距90mm、视场角大于23.15°×23.15°、相对孔径1∶5.6的镜头,加工装调后,经过检测,镜头满足主要指标要求,混合光传递函数大于指标0.38,经进行多次试飞,取得了许多高品质的图片.     

Reconstruction of flaw images by the C-SAFT method from echo signals measured by an antenna array in the triple-scanning mode

The application of antenna matrices (AMs) for obtaining flaw images during automated nondestructive ultrasonic testing is considered. The conventional technique of using an AM as a phased AM (PAM) has a number of drawbacks. One of them is related to the small number of AM elements and consists in a low frontal resolution of the thus-formed images. Scanning with an AM operating in the double scanning mode, viz., the so-called triple-scanning mode, allows coherent summation of partial images for each position and obtaining a resulting image with a frontal resolution that cannot be attained with a PAM. In order to test the serviceability of the proposed algorithm in the CIVA program, echo signals reflected from a crack model with a height of 6 mm and a length of 30 mm in a tested object, which simulated a welded joint of a pipeline with a conventional diameter of 800 mm (дy800), were calculated. The results of the reconstruction of images of model objects in the form of a drilled side hole with a diameter of 6 mm at a depth of 15 mm in a CO-2 specimen and a fatigue crack in a welded joint of a д y800 pipeline are presented. To reduce the influence of reverberation noise, a B-type median template was subtracted from echo signals. The flaw images that were reconstructed in numerical and model experiments demonstrate the efficiency of the proposed algorithm.     

Missing wedge computed tomography by iterative algorithm DIRECTT

A strategy to mitigate typical reconstruction artefacts in missing wedge computed tomography is presented. These artefacts appear as elongations of reconstructed details along the mean direction (i.e. the symmetry centre of the projections). Although absent in standard computed tomography applications, they are most prominent in advanced electron tomography and also in special topics of X‐ray and neutron tomography under restricted geometric boundary conditions. We investigate the performance of the DIRECTT (Direct Iterative Reconstruction of Computed Tomography Trajectories) algorithm to reduce the directional artefacts in standard procedures. In order to be sensitive to the anisotropic nature of missing wedge artefacts, we investigate isotropic substructures of metal foam as well as circular disc models. Comparison is drawn to filtered backprojection and algebraic techniques. Reference is made to reconstructions of complete data sets. For the purpose of assessing the reconstruction quality, Fourier transforms are employed to visualize the missing wedge directly. Deficient reconstructions of disc models are evaluated by a length‐weighted kernel density estimation, which yields the probabilities of boundary orientations. The DIRECTT results are assessed at different signal‐to‐noise ratios by means of local and integral evaluation parameters.     

涡流阵列检测裂纹特征提取方法的研究

涡流阵列检测是一种可以对大面积平板和复杂形状关键件实施快速、有效检测的电磁无损检测技术.在简要阐述涡流阵列检测技术原理的基础上,设计制作了涡流阵列检测平台和涡流阵列传感器.基于涡流阵列6种激励检测模式,提出了裂纹长度和深度定量检测的方法.研究结果表明:裂纹长度可通过小波变换提取锁定放大输出幅值波形的特征点如波峰、波谷、拐点等的位置准确计算,裂纹深度可通过弹性BP神经网络对输出幅值波形波峰峰值的训练来较为准确地估计.     

超音速喷嘴流出系数仿真分析

为获得超高速涡轮泵中超音速喷嘴流出系数随其入口收敛角、喉部直径等几何结构参数的变化规律,采用ANSYS CFD仿真分析工具,以氦气为工质,给定喷嘴入口总压11 MPa、总温300 K、排气背压0.105 MPa,对3种特定喉径的喷嘴分别在7种入口收敛角度下的流场进行仿真分析,获得其压力场、速度场分布及氦气质量流量,并将其与理论质量流量比较,得出喷嘴流出系数。3种特定的喉径分别为2,5,10 mm,7种入口收敛角分别为30°,45°,60°,90°,120°,150°,180°。结果表明:喷嘴流出系数随入口收敛角的增加而降低,随喉径的增大而增加,在2 mm喉径下流出系数最低为83.9%,在10 mm喉径下流出系数最高为99.1%,对后续设计超高速涡轮泵喷嘴结构形式具有指导作用。     

相控阵超声检测横向分辨力实验测试及分析

使用带有斜楔的60晶片线型阵列换能器,以扇扫成像方式,对孔径为8～30 mm范围内,焦距分别为30 mm、40mm、60mm、80 mm时相控阵系统的横向分辨力进行了实验测定.研究发现:焦距一定时,随线阵换能器孔径的增大,系统的横向分辨力提高;孔径一定时,随焦距增加,系统横向分辨力降低;焦距和换能器孔径对相控阵成像分辨力影响显著.实测结果与理论分析以及已有文献的数值模拟结果具有良好的一致性.研究结果对于相控阵超声检测的工程应用具有重要参考价值.     

绝对式科赫分形平面涡流传感器裂纹检测性能研究

针对传统涡流传感器会忽略特殊方向短裂纹的缺点,提出了一种绝对式科赫分形平面涡流传感器,其激励线圈和信号拾取线圈均采用基于分形自相似理论的科赫雪花曲线。首先,对具有相同尺寸的科赫和圆形传感器进行有限元分析。然后,针对不同长度、方向、宽度和深度的裂纹,对比分析两种传感器响应信号的差异。最后,搭建实验系统对有限元分析结果进行验证。研究结果表明,对于不同长度、方向和宽度裂纹的探测,有限元分析结果与实验结果定性一致;在3和5 mm长的裂纹检测中,科赫传感器输出信号变化量比圆形传感器至少高出40%;在不同方向裂纹检测中,对于难检测方向的90°裂纹,科赫传感器比圆形传感器至少高出49%;在不同宽度裂纹检测中,科赫传感器的信号变化量比圆形传感器至少高出29%;在不同深度裂纹检测中,科赫传感器比圆形传感器至少高出6%;相对圆形传感器,科赫传感器对短裂纹探测的优势更加显著。该研究结果对平面柔性涡流传感器电磁感应结构的设计具有重要的参考意义。