超声导波虚拟相控聚焦方法研究

虚拟相控聚焦方法是一种新型的超声导波聚焦方法.针对现有时间反转聚焦方法与相控聚焦方法所需的多通道同步激励-接收设备研发难度大且成本高的现状,采用实验室现有单通道设备,利用多次激励-接收所采集的多组数据通过信号处理方法等效出多通道同步设备精确控制激励延迟所产生的相控聚焦效果.通过该方法与时间反转聚焦方法的聚焦效果有限元仿真与实验对比表明,该方法在现有实验设备基础之上,将缺陷回波幅度放大了2倍之多,获得了和时间反转聚焦方法相差不大的聚焦效果,同时,对检测区域进行成像,实现了缺陷的二维定位.     

管道超声导波分段时间反转检测方法研究

超声导波时间反转聚焦是实现管道小缺陷检测的一项常用技术,但目前使用时需要预判缺陷大致位置以确定时反窗的起点及宽度,在实际工程使用中往往难以实现。针对此问题,提出一种基于超声导波分段时间反转的管道检测方法。该方法将管道待检区域划分为多段区间,分别对不同区间段各阵元的常规导波检测信号进行时间反转,然后将各区间段的时反信号依次作为激励信号重新激发对应阵元,以获取各段区间的时反检测信号。仿真和试验结果表明,当某区间段的时反检测信号的信噪比优于常规导波检测时,可判定该区间段内存在缺陷,并能进一步精确计算出缺陷具体位置,反之,则可判定该区间段内不存在缺陷。通过分段时间反转检测可实现对管道整个待检区域中的小缺陷的有效检测。     

基于时间反转的管道导波缺陷参数辨识方法

针对导波检测中的缺陷辨识问题,通过对不同缺陷的时间反转导波检测缺陷反射率随时间反转信号截取窗宽变化关系的研究,确定缺陷散射波场中各导波模态的能量分布规律,并据此提出一种基于时间反转的管道导波检测缺陷辨识方法。在数值模拟的基础上,选择适当的特征参数用于表征反射率—窗宽关系曲线,建立与缺陷特征相对应的关系曲线样本库,并通过聚类分析方法在库中寻找到与待检测缺陷特征最为接近的样本。结果表明,该方法可达到评判缺陷特征的目的,为最终实现缺陷反演奠定基础。     

应用聚焦和超声隔离增强导波回波幅值的研究

针对现有增强导波回波幅值的方法综合应用聚焦法和超声隔离法,一方面解决聚焦过程中多通道装置在实验室与工程应用中不易实现的问题,用单通道设备多次激励,通过数据处理达到激励能量聚焦从而提升回波幅值,另一方面从防止激励能量泄露入手,运用超声隔离法阻止管道中的导波能量外泄。采用有限元仿真手段对比4种情况下的效果。针对2100mm长156mm外径的土载有包覆层的钢制管道,通过有限元仿真与试验获取的数据,利用超声导波聚焦方法对管道上一个缺陷进行了聚焦检测。结果表明,与应用综合法前的缺陷信号相比,应用后的缺陷信号的归一化幅度提高3.5倍,提高了超声导波对管道的检测能力。     

频散补偿在导波缺陷形状辨识上的应用

针对超声导波具有的频散特性,导致导波缺陷检测信号波包在结构中传播时发生的展宽及衰减现象,研究了如何利用频散补偿技术对检测信号进行处理,将被频散特性淹没的缺陷信息再现,以实现缺陷形状的辨识问题.在进行实验验证的过程中,利用导波检测管道中的双槽形人工缺陷,通过改变端面加载的压电传感器位置,接收一组时域回波信号,根据波数-频率关系对导波传播过程中的频散进行补偿后,再现缺陷的形状特征.     

管道导波检测中的位移圆周分布调制方法

在研究管道导波检测中的位移圆周分布调制聚焦技术时,将存在的缺陷看作一个新的导波源,提出通过截取阵列中各传感器获得的检测信号中的缺陷反射回波及转换模态波包信息,分析该波源造成的波场在检测位置的位移圆周分布,从而得到将检测能量重新聚焦于缺陷所在圆周任一位置所需要的各激励信号幅值系数和时间延迟参数.有限元分析及试验表明,应用该方法,不仅可以减少运用位移圆周分布调制聚焦技术检测时的计算量,还可以灵活地应对检测过程中管道参数、传感器阵列及检测频率的变化,有利于该方法的推广和应用.     

基于非轴对称激励的管道裂纹时反导波检测研究

为解决目前管道导波时间反转检测方法需采用较多通道同步激励、接收的问题,在分析管中弯曲纵向模态簇导波激发特性的基础上,提出一种基于单一斜探头局部加载激励L(M,2)簇的时反检测方法。通过超声斜探头阵列和自行研制的时反激励/接收板卡验证该方法的可行性,并试验研究初始激励信号的类型、频率及时反窗宽等因素对管道裂纹时反检测效果的影响。结果表明,在不同检测频率,采用窄带和宽带信号进行初始激励,时反后相对时反前缺陷回波幅值均有较大提高,且回波信噪比也有较大改善,能明显区分出缺陷波包。     

基于压电晶片阵列的管中导波时反检测方法研究

为提高超声导波技术对管中小缺陷的检测能力,提出一种采用窄带高压脉冲激发安装在管道外表面的压电晶片阵列实现管中导波时间反转检测的新方法。该方法采用窄带脉冲同时激励沿管道表面轴对称安装的压电晶片阵列,从各压电晶片接收到的反射回波中提取含L(n, 2)模态的缺陷信息进行时间反转,并用获得的时反波再次激励阵列中对应压电晶片,整个阵列将同时接收到较单一L(n, 2)模态信号。试验结果表明,该方法能较好地抑制导波的频散、多模态特性,提高缺陷回波信噪比,增加对小缺陷的检测能力。同时,时反前、后所检测到的管道端面和缺陷反射回波的导波模态几乎相同,可采用特定频率的L(0, 2)模态群速度作为时反后缺陷波包的传播速度;且时反后的幅值最大的缺陷波包能重构窄带初始激励信号幅值最大的波包,可有效增加缺陷波包的辨识能力。     

一种用于焊缝检测的压电式特征导波传感器

超声导波检测是近年来发展起来的无损检测新方法,对于焊缝等特征部位检测具有广阔的应用前景,但是目前国内外用于焊缝探伤的专用导波传感器仍不多见。因此,在现有横波探头的基础上,基于特征导波原理,设计了一套适合焊缝检测的激励、接收传感器。经性能测试,所设计的传感器能实现焊缝导波的有效激励和接收,保证所激励模态的单一性和回波信号的高反射率,为导波技术在焊缝无损检测中的真正应用提供了条件。     

基于PH乘子算法优化的Lamb波成像研究

针对铝薄板的Lamb波缺陷检测,提出了一种基络幅值的导波缺陷成像及其优化方法。将稀疏压电陶瓷传感器(piezoelectric ceramic transducer,简称PZT)阵列作为收发装置产生激励信号和采集导波信号,利用健康信号与缺陷信号的差信号,提取出含有缺陷位置信息的包络曲线。引入了包含有位置权重矢量的因子以突出缺陷像素点的特征,借助适当的罚函数,从而将提高导波成像质量问题转换为求解一系列无约束优化求解问题。应用鲍威尔-赫斯廷斯(Powell-Hestenes,简称PH)乘子算法确定了增广目标函数,实现了权重矢量优化,提高了成像质量。实验结果对比表明,该成像算法对铝板中缺陷的定位误差小,成像直观清晰并且缺陷识别明确,实现了导波成像的优化处理。