超声相控阵探头声场特性仿真分析

与传统的超声波探头相比 ,超声相控阵探头可以实现电子控制下的声束平移、偏转与动态聚焦。本文针对无损检测中广泛被使用的超声线阵探头 ,建立其声场的数学模型 ,得出了超声线阵探头的方向图函数 ,在此基础上运用 Matlab软件对超声场进行了仿真计算 ,得出了相控阵超声探头声场在空间分布的特点。本文最后依据此模型 ,提出了改善超声相控阵探头声场的措施     

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.     

超声相控阵阵列参数的建模与优化

声束聚焦是相控阵超声区别于普通超声的主要特点之一,本文在二维相控阵辐射声场的基础上仿真了三维辐射声场,并研究了不同的中心频率、阵元间距和阵元数对焦斑和焦深的影响及对横向分辨率和纵向分辨率的影响,结果表明合适的换能器参数对换能器探头的设计具有一定的研究意义.     

超声相控阵阵列参数的建模与优化（英文）

声束聚焦是相控阵超声区别于普通超声的主要特点之一,本文在二维相控阵辐射声场的基础上仿真了三维辐射声场,并研究了不同的中心频率、阵元间距和阵元数对焦斑和焦深的影响及对横向分辨率和纵向分辨率的影响,结果表明合适的换能器参数对换能器探头的设计具有一定的研究意义。     

用于管道环焊缝缺陷检测的超声相控阵系统

传统超声探伤只能定点聚焦,影响管道环焊缝缺陷检测自动化水平的提高.为此引入超声相控阵技术.本文设计用于管道环焊缝缺陷检测的便携式超声相控阵系统.文章首先介绍系统的构成,然后分析单声束通道的硬件结构及其信号处理过程,实现对探头各阵元发射或接收相位的精确控制.试验表明该系统具有良好的超声发射和回波合成能力.     

矩形超声换能器空间脉冲响应计算方法研究

空间脉冲响应模型是一种可以高速、精确地计算平面型超声换能器瞬态声场的方法,该方法不需要对平面型探头的表面进行离散化或近轴近似处理。首先将空间点投影到换能器平面内,将构建空间脉冲响应函数转化为计算以该投影点为圆心,与换能器相交的圆弧段的圆心角。由于矩形换能器包括4个顶点和4条边线,其几何形状与圆形换能器相比较为特殊,所以当投影点位于平面内的不同位置时,其计算方法也不相同。首先将探头所在平面进行分区,当投影点位于同一分区中时,其空间脉冲响应函数的计算方法相同;然后给出了当投影点位于各个分区中时的空间脉冲响应函数的计算过程,分析了矩形换能器尺寸的变化对分区的影响;最后,对一维超声相控阵探头的瞬态辐射声场进行了计算实验,并采用动态光弹方法对瞬态声场进行观测实验。实验结果表明,不同的换能器尺寸对计算过程及结果有显著影响,本文计算方法可以有效地实现矩形超声波探头在均匀单一介质中的瞬态声场仿真计算,有利于对平面矩形类超声换能器进行优化设计。     

基于FPGA的超声相控阵发射系统设计

为了实现水下超声成像系统中超声信号的相控阵发射,提出并设计了一种基于FPGA的超声相控阵发射系统。分析了相控聚焦的发射原理,利用FPGA丰富的I/O引脚和内部逻辑资源实现了八通道超声相控阵激励信号的发射,并设计了信号调理电路对激励信号进行D/A转换及放大,以有效驱动压电换能器。通过实验测试表明,该系统可以实现超声信号的相控聚焦发射,相控延时精度达到2.5 ns,发射信号稳定,系统集成度高,可以应用于水下超声成像的实现。     

石油钻井中超声相控阵井壁成像检测技术研究*

针对石油钻井中井壁成像的现状,在对柱面线性相控阵(Cylindrical linear phased array,CLPA)换能器辐射声场研究的基础上进行换能器的参数优化和选择,设计并制作了一种基于CLPA换能器的井下超声相控阵井壁成像检测系统。该系统包括声系短节、电路短节和地面系统等,声系短节由CLPA换能器组成,避免了常规声系中探头绕井轴的机械旋转方式,电路短节由高集成度的发射接收模块和基于FPGA+DSP架构的数字信号处理模块组成,完成对井壁回波信号幅度和到时信息的提取,最终实现实时高效的井壁成像显示。利用该系统在试验井中对存在不同尺寸缺陷的套管进行现场测试,结果表明：该系统对套管井的成像结果能够反映缺陷的基本位置及尺寸等信息,具有良好的成像效果。     

一种准全向超声收发装置

根据超声探头的声场特性,设计制作了一种准全向超声收发装置.该装置主要通过对13个TC40-16TR超声探头组成的三维阵列的结构设计,再辅以多通道同步发射、多通道抢答接收电路,实现准全向测距,为实现对近地面的飞行目标的定位提供了方便可行的测距装置解决方案.实验结果表明,该装置能够实现对半径为15 m的半球空间的可靠全向测距,测距标准差在5 mm以内.     

2024铝合金薄板搅拌摩擦焊接头缺陷超声无损检测

采用自制相控阵超声探头对薄板铝合金搅拌摩擦焊接头进行无损检测,通过金相试验分析,验证焊接接头存在隧道、孔洞和未焊透等典型缺陷。结果表明,自制相控阵超声探头能较好地检测出搅拌摩擦焊接头中隧道、孔洞和未焊透缺陷,从前进侧入射超声对典型缺陷的检测效果优于后退侧入射。     

基于FPGA和以太网的超声相控阵发射系统研究

为了实现水下超声成像系统中超声信号的相控发射和高速实时的数据传输,设计了一种超声相控阵发射系统。分析了超声相控聚焦原理以及UDP通信协议,利用FPGA和以太网实现了数据的高速传输和32通道超声相控阵激励信号的发射,并设计了高压脉冲发射电路来驱动超声换能器。实验表明,该系统可以高速实时传输数据,实现了相控聚焦发射并且延时精度达到了1.25 ns,发射信号稳定,可以应用于水下物体的实时成像的实现。     

超声相控阵辐射声场的仿真研究

基于矩形活塞声源理论,利用Huygen’s原理和聚焦、偏转法则,计算了一维相控阵的声压分布表达式。通过仿真,分析了相控阵声场随阵元的间距、数目、宽度等参数变化的特点,为超声相控阵的设计提供了一定理论参考。     

超声相控阵技术在SAP领域无损检测中的应用

随着对应用于海底光缆及专用军事光缆中的SAP(Super-absorbentpolymers)质量要求不断提高,对其生产设备及其零部件的检修精度越来越高。将超声相控阵技术引入到相关设备的检修,分析了超声相控阵技术的基本原理及探头的分类,介绍了超声相控阵较之传统相控阵具有高速、高效(声束旋转、动态聚焦等)、适合复杂工件能实时成像的优点,展现了在SAP生产领域无损检测中的应用前景。     

高强度聚焦超声的计算机模拟与实验分析

用计算机模拟了高强度聚焦超声换能器阵列声场,并对自聚焦九探头超声换能器阵列进行了实验研究,讨论了九元阵的结构设计和工作方式的选择.为正确估计组织内的声场及温场分布和变化,建立适当的组织传热模型打下了基础.     

超声相控阵探头指向性优化算法研究

以典型的超声相控一维阵列探头为研究对象,从其声束指向性函数入手,分析了超声相控一维阵列探头的阵元中心距在消除栅瓣方面的作用,总结了阵元中心距的最佳取值范围,为相控阵探头的设计和性能优化提供了依据和参考。     

基于小球反射法的超声换能器脉冲声场模型研究

小球反射法是超声换能器声场测量的一种常用方法。为了研究小球的尺寸对声场测量精度的影响,建立了小球反射超声平面换能器发射的脉冲声场声压分布的理论模型,计算了由不同尺寸的小球反射的声场声压分布;实验验证了理论模型的正确性。理论计算和实验结果均表明小球的尺寸越小,测量精度越高。     

基于FPGA的超声相控阵相控发射系统的研究

相控阵超声发射波束形成的关键环节是对各阵元发射相位延时进行精确控制,文中研究了基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)实现超声相控延时算法和相位延时控制集成的相控发射系统.分析了超声相控阵系统中线性阵列换能器相控聚焦延时算法,完成了相控聚焦算法设计并通过实验进行了验证;相控延时控制部分以数字波形发射技术为基础,研究了基于系统时钟的相控发射粗延时,延时分辨率可达15 ns;以及基于数字波形相位差的相控细延时,可达到0.35°的相位分辨率,对应250 kHz发射信号下3.75 ns的相位延时.     

压缩机叶轮叶根缺陷相控阵超声检测方法研究

压缩机叶轮叶根易出现疲劳裂纹、气孔等内部缺陷。基于超声脉冲反射法原理,利用相控阵超声检测技术,采用声线模型对缺陷检测位置进行分析,并通过声场分布模拟以及缺陷检测模拟优化实验方案,最后利用聚焦扫描对人工预置平底孔缺陷进行检测。检测结果表明：利用相控阵超声检测技术在叶轮内腔对叶根进行检测,缺陷信号明显,缺陷定位精度高,定位误差仅为0.19%。     

超高压水晶釜周向检测超声柔性相控阵技术研究

针对内外径之比通常小于0.6的超高压水晶釜超声检测技术,常规的周向超声检测技术存在灵敏度低、缺陷定位困难等技术难点,同时国内外还没有相应的检测标准和成熟的检测工艺。相对于常规超声技术,相控阵技术可以在不更换探头的情况下,实现整个检测区域多角度、多方向扫查和动态聚焦检测,并结合实时成像技术,直观地显示缺陷的位置、分布、尺寸等信息。在试验研究的基础上,提出超高压水晶釜周向超声柔性相控阵检测技术,提出的柔性探头可以良好匹配超高压水晶釜圆柱表面,根据曲面形状设计聚焦法则,可以有效解决超高压水晶釜周向超声检测的技术难题。试验结果表明,柔性相控阵技术对超高压水晶釜的表面和内部缺陷均具有较高的检测精度和可靠性。     

在役风电螺栓的相控阵超声检测

针对在役风电螺栓不方便拆卸检测、在螺纹处可能出现裂纹等缺陷的问题,运用相控阵超声检测技术搭配专用的相控阵探头对在役螺栓头部进行检测,可以检测出螺栓螺纹部位的缺陷。