超声相控阵技术中的声场仿真

从单个矩形压电晶片的辐射声场表达式出发,定性分析了主要因素对声压强度及指向性的影响,提出了最小化主瓣及抑制栅瓣的具体方法。以16晶片相控阵探头为例,推导了叠加声场的表达式,分析了合成声压与焦点和换能器距离的关系。仿真并讨论相控阵探头晶片单元个数、晶片间距等因素对合成声束质量的影响,仿真结果与理论分析相吻合,为矩形相控阵探头声场评价及高性能相控阵探头的制作提供了参考。     

超声波参数对平底孔回波声压探测的影响

针对超声波轴线声压对平底孔缺陷回波声压影响的问题,研究了基于当量法的超声探伤方法。首先,从点声源到声轴线上一点处的声压模型出发,通过菲涅尔近似理论,建立了声轴线的发射声场,得到了平底孔反射体的回波声压模型。对平底孔反射体的回波受平底孔尺寸、平底孔深度、声源尺寸、发射频率的影响进行了理论上的分析,并进行了实验模拟。结果表明,所建立的模型能对定量的无损评估有一定的指导意义。     

基于二进制编码的管道缺陷超声检测方法研究

脉冲信号激励的超声波用于管道缺陷检测时,存在平均发射声功率小及探测信号频带单一的局限,且在多发多收的阵列检测场合,很难确定接收回波的发射源,不利于被测体全声场的声学特征参数解算。为此,提出了采用正弦波频率调制的二进制超声编码方法检测管道缺陷。建立传感器编码激励响应的数学模型,通过仿真得到了传感器在不同激励频率、分数带宽和码位数下的幅频响应规律,并实现了对接收信号的有效区分和发射声源的有效标识。将该方法用于管道缺陷的超声检测,实现了管道不同种类缺陷的有效检出和发射声源的有效标识,并分析了二进制编码激励方式下缺陷对不同频带的敏感性。统计结果表明,2~4位码对管道渗漏孔和裂纹缺陷的检出率高于62%,对回波信号的标识正确率高于97%。     

圆形烧蚀光斑的纵波声场分析

圆形烧蚀光斑具有轴对称性且易于获取,在激光超声检测中有着广泛的应用。为了获得相应的纵波声场特性,建立了激励源模型,讨论了近场中声轴上声压幅值分布情况并获得了近场长度。利用面积积分,推导出声压振幅的表达式,并对远场中的声场能量进行了模拟。通过分析发现,远场中的纵波能量关于声束轴线呈对称分布,并且在轴线上达到最大值,此外光斑大小直接影响着纵波声场指向性。搭建了一套激光超声非接触式测量系统,基于互易原理并根据传播距离修正信号振幅,获得了指向性实验数据,验证了理论分析结果。     

基于MATLAB的超声换能器声场可视化软件开发

对超声换能器的声场进行数值计算是当前研究的热点,在分析超声换能器声场模型的基础上,用MATLAB的GUI工具箱对声场进行可视化设计。通过输入换能器参数和介质参数,可以可视化地得到不同情况下的声场分布图,该软件可用于优化检测工艺,也可以指导探头设计。     

智能管道的内涵及实施思路探讨

在分析智能管道提出背景的基础上,详细阐述了智能管道的整体内涵,并就建设智能管道对电信运营商所带来的挑战和如何推进智能管道建设进行了探讨.     

智能管道与运营商的未来

通过对产业发展环境及运营商应对策略的分析总结,提出了运营商必须发展智能管道的观点,并对运营商发展智能管道的必要性、可行性及产业链成熟度进行了客观分析,对智能管道的发展意义和目的进行了阐述,对未来智能管道的应用进行了说明。     

浅谈中国电信固网智能管道

2012中国电信首次提出"新三者"概念,将打造智能管道作为其未来三到五年的发展战略,如今中国电信在多省开展试点工作并逐步推广。文章主要介绍智能管道中固网智能管道,简要叙述了智能提速系统和DPI系统作为智能管道重要组成部分所提供的精准感知与业务控制能力,分别介绍了它们的系统现状及业务开展模式,最后提出固网智能管道的未来发展建议。     

基于BP神经网络的管道缺陷识别

为了能够自适应地识别管道内部缺陷,针对目前管道内部图像须有人工实时检测的弊端,提出了一种以机器学习完成缺陷分类的方法。该方法通过训练好的BP人工神经网络智能识别管道内缺陷及其种类,通过图像处理技术提取管道内各参数,最后利用管道内边缘周长、面积、辉度等参数识别缺陷类型。实例应用结果表明:该方法能够有效地识别异物、裂纹、堵塞。     

基于深度学习的燃气PE管道焊缝缺陷检测

为了解决人工与传统数字图像处理方法进行燃气PE管道焊缝缺陷识别时面临的效率低、漏检率高、评片效果不佳等问题，提出了基于深度学习算法的燃气PE管道焊缝缺陷智能检测方法，实现从输入燃气PE管道焊缝DR检测图像到输出缺陷种类及其测量值的精细化测量。首先，在宏观区域层面采用YOLOv5网络预提取缺陷区域，减少与缺陷相似的非目标区域的干扰，并设计了融合坐标注意力机制(CA)与加权双向特征金字塔网络(BiFPN)的CA-BiFPN模块，以提高对小目标缺陷检测能力，其最终的缺陷识别定位平均精确度为95.1%。然后，在微观边界层面采用语义分割算法Deeplabv3+,实现像素级别的缺陷分割，缺陷分割平均像素准确率为91.25%、平均交并比值为85.52%。最后，在几何特征层面采用最小外接矩形法计算其实际尺寸大小，其平均相对误差为5.47%。结果表明该检测方法可实现燃气PE管缺陷高效率、高精度、智能化检测。     

一种超声针灸换能器设计

一种超声针灸换能器的设计方法,它将普通凹型聚焦换能器与平凸声透镜组合,使换能器发出的聚焦超声波能量在透镜平面和换能器外球面之间产生多次反射,每次只能有一小部分能量射出,经过不同反射次数后出射的聚焦超声波聚焦在声轴线的不同位置,通过选择反射材料的声速和换能器的半径,就可从在换能器输出面后得到细长的声压分布,声场检测结果与设计结果符合得很好,临床实验表明,这种换能器比其他类型的传统换能器更易使患者产生得气的感觉.     

聚焦超声换能器的仿真与性能分析

高频声透镜聚焦超声换能器在电子器件评估与检测、材料微观机械性能表征、生物医学成像、细胞操控等方面具有重要的应用。结构参数是影响其性能的主要因素之一。该文通过有限元法对基于声透镜结构的高频聚焦超声换能器进行仿真模拟,分析了声透镜的开孔角度对该类换能器聚焦区域声压模式、横向分辨率、-6 dB景深等关键性能参数的影响。仿真结果表明,换能器的焦距和横向分辨率与理论计算结果接近。随着声透镜开孔角度的增大,换能器的横向分辨力随之提高,焦点处声压级逐渐增大,-6 dB景深逐渐下降。这为声透镜聚焦超声换能器的优化设计提供了一定的技术基础。     

曲面超声换能器近声场指向性研究

通过结合物理声学原理推导出曲面结构及其等效动态相控阵列超声换能器所形成的近声场分布,并利用数学软件对超声近场声压进行近似数值仿真。通过分析比较各声场指向性的仿真结果表明,在给定的工作频率和介质条件下,对比于平面结构,二维半圆球壳的曲面压电晶片或等效相控阵元阵列结构的超声换能器在近声场可实现高强度聚焦,同时近声场焦点处的横向/纵向分辨率都达到最佳,旁瓣/栅瓣抑制也达到最大。最后给出了在曲面阵列优化设计方面一些有价值的规律。     

声换能器辅助设计软件开发

在水声与超声换能器设计中为了避免计算一些复杂的方程,有必要开发换能器设计软件。在换能器设计理论的基础上,利用Matlab强大的工程计算能力和GUI图形用户界面功能开发了换能器设计软件。软件可以对常见的几种换能器的结构参数和声学参数进行计算。用户只需要选择换能器的材料参数等已知的参数,就可以得到相应的计算结果并可以将设计参数和计算结果进行保存。该软件可以帮助用户快速地完成换能器设计,有效地提高了换能器的设计效率。     

参量换能器收发电路设计

介绍了超声波参量换能器的工作原理,设计了一种声学参量换能器结构、超声波发射电路和声波接收电路。发射电路由正弦信号产生电路、功率放大电路和补偿电路等组成,声波接收电路由前置放大电路和带通滤波电路组成,并利用NI公司的6024E数据采集卡进行数据采集。理论分析表明,当原波信号为87 kHz时,利用该收发电路可以较好地实现参量阵差频信号的发射与接收。     

智能封堵器水上通信中单片机系统电路的设计

为了实现封堵器海洋工作环境中的无线遥控动作,封堵器在海底工作中采用了水声通信技术.文章首先介绍了水声通信系统的整体设计.在前期工作中,从影响水声通信的因素出发,对水声通讯频率的选择及水声换能器的选型进行了研究,确定了水声通讯的载波频率.在此基础上提出了基于单片机的水声Modem的制作方案,设计了单片机系统电路.并对单片...     

检测发动机叶片的相控阵超声换能器设计

相控阵超声检测技术能够为发动机叶片表面裂纹的检测提供方法。设计并制作了满足检测要求的带有楔块的相控阵超声换能器,该换能器包含阵元和楔块,其中阵元为线阵,个数为32,中心频率为5MHz,阵元宽度为0.3mm,阵元间距为0.1mm;楔块与叶片的表面完全耦合。采用有限元法对相控阵超声换能器和楔块的设计理论进行可行性验证。同时,构建相控阵超声检测系统,对叶片试样进行检测试验,试验结果表明,设计的带楔块的线阵换能器能实现对试样表面裂纹缺陷的检测。     

基于Leach模型的空气耦合超声换能器声阻抗匹配特性研究

压电陶瓷与空气之间的声阻抗差异巨大，导致声波在固-气介质间的能量传输效率低，研究匹配层特性对提升换能器能量传输效率具有重要意义。文章通过Leach模型仿真，研究了空气耦合超声换能器阻抗与瞬态响应，并搭建实验平台进行测试验证。仿真和实验结果表明，增加一层匹配层可将接收信号幅值增大约280%,增加两层匹配层可将接收信号幅值增大约363%。通过采用经声阻抗匹配后的换能器对碳纤维板缺陷进行检测，能明显检测出深度为0.5 mm、直径为1 mm凹槽缺陷的变化，验证了通过等效电路模型研究换能器匹配特性方法的有效性。     

基于空间冲激响应的圆形换能器辐射声场研究

基于空间冲激响应的稳态声压场理论,从选取距离函数出发,建立了单阵元圆形平面换能器声场中任一场点处的基于傅里叶变换的冲激响应声场模型,该模型适用于声场中的任意位置。并运用Matlab仿真了换能器的轴向与径向声压分布,且在圆形换能器冲激响应的声压分布实验系统上进行验证,实验结果与仿真得到的声压场具有很好的一致性。实验验证表明,仿真结果可准确反映圆形换能器的空间辐射声场分布。该方法计算快捷,对于优化圆形换能器设计参数及提高超声成像检测分辨率有重要参考意义。     

基于FPGA的超声相控阵发射系统设计

为使水声成像系统小型化,首创性地提出了将相控阵技术和水下超声成像技术结合在一起,设计了一种基于FPGA的超声相控阵发射系统。对相控聚焦的发射原理进行了分析,利用FPGA的内部逻辑资源和丰富的I/O引脚实现了六通道超声相控阵发射,为有效激励压电换能器设计了信号调理电路对激励信号进行D/A转换及放大。通过实验测试表明,该系统可以实现超声信号的相控发射,相控延时精度达到2.5ns,发射信号稳定,系统集成度高,为水下超声成像提供了一种新的途径,具有较强的应用价值。