基于均方根速度的水浸超声合成孔径聚焦成像*

为提高水浸超声合成孔径聚焦成像的计算效率,采用均方根速度模型进行时域合成孔径聚焦成像。通过均方根速度模型求解多层介质中声束传播时间,并与斯涅耳定律求解的精确传播时间进行对比,验证均方根速度模型的精度;以钢试块的水浸超声检测为例,研究了B扫查成像、基于射线跟踪技术和基于均方根速度的合成孔径聚焦成像,提取了3种方法下缺陷孔沿横向中心轴线及纵向中心轴线处的电压幅值。分析结果表明,两种合成孔径聚焦成像方法的成像分辨率及信噪比基本一致,基于均方根速度的合成孔径聚焦成像效率提高约15倍,为水浸超声检测提供了一种高效的合成孔径聚焦成像方法。     

相控阵超声检测技术中的全聚焦成像算法及其校准研究

相控阵超声检测技术中的全聚焦成像算法是一种基于全矩阵数据的虚拟聚焦后处理成像技术,因其具有精度高、算法灵活等优点成为近年来的研究热点。为了解决该算法在楔块耦合检测模式下的校准问题,介绍全矩阵数据及全聚焦成像算法的基本概念,通过对所存在问题的分析,建立双层介质的能量衰减模型;从指向性、透射和扩散三个方面分析声束传播路径上的能量衰减,计算衰减校准系数,提出基于校准的改进算法;分别采用未校准、平方根校准和自建模型校准的三种全聚焦算法对B型相控阵标准试块进行检测成像试验,从试验结果可以看出,平方根校准的算法能适当修正大声程的能量衰减,而自建模型校准的算法对于大声程、大偏转角的能量衰减都有较好的改善,使图像的能量更加均匀;此外,相比未校准和平方根校准,自建模型校准的算法具有更大的检测角度范围,有能力检测出大偏转角的缺陷。研究工作表明,校准后的全聚焦成像算法能够扩大检测角度范围、改善图像的能量均匀性,检测漏检率及缺陷定量误差得到有效降低。     

基于层析成像技术的PCB板缺陷检测系统

针对目前工业领域对多层电路板缺陷检测高效高精度的要求,设计了一种基于分层层析成像技术的多层电路板缺陷自动检测系统,并对电路板中常见的缺陷类型进行分析和研究。针对不同的缺陷类型提出了不同的数学形态学识别方法,并对缺陷类型进行了相应的标记,解决了传统DR(Digital Radiography)和传统X射线CT(Computed Tomography)技术对多层电路板无法进行内部电路分析的问题。将分层层析成像技术应用于多层电路板的缺陷检测,对检测系统性能的改进具有重要的意义。     

基于成像式照度探测的菲涅尔光学助降系统检测方法研究

为了解决菲涅尔光学助降系统(FLOLS)的检测问题,文中根据FLOLS检测应满足的技术指标,提出了一种基于成像式照度探测法的菲涅尔灯发光强度测量方案,并根据分析设计研制了成像式照度探测装置。通过试验,结果表明该装置可远距离对大口径、大发光角度的菲涅尔灯进行发光强度的探测,满足菲涅尔光学助降系统检测装置测量的要求。     

建筑构件无损检测方法的研究

本文通过对层析成像方法的研究，建立了混凝土缺陷检测的超声反演和层析成像方法，利用计算机成像技术，采用有序波前重建的弯曲射线追踪算法和求解大型稀疏矩阵的带阻尼的最小二乘反演算法，研制了超声波层析成像系统，分析混凝土构件的超声波声时数据，得到反映混凝土构件内部声速变化的二维CT图像，直观地反映混凝土构件中缺陷所在断面的位置与范围。通过实验验证了该系统可以检测混凝土构件中缺陷的大小和形状。     

各向异性堆焊结构中超声传播模拟与缺陷回波预测

奥氏体不锈钢呈现出明显声学各向异性,如何检测与评价这类材料成为声学检测领域的研究难点和热点问题.应用多高斯声束模型来研究超声换能器向各向异性圆管堆焊结构中辐射声场的特征.给出声场模型中材料各向异性系数的具体求解方法;并应用该声场模型计算超声束在有机玻璃楔块、各向异性堆焊层和低合金钢基体三层介质中的传播特征,重点分析堆焊层各向异性和圆管曲率变化两种因素对纵波声束偏转和聚焦形态的影响.进一步,将多高斯声束模型与分离变量法缺陷散射模型相结合,建立适用于各向异性圆管堆焊结构的超声测量模型,用于预测各向异性堆焊层下的横通孔缺陷回波信号.试验测量结果与模型预测结果的比较表明,两者的信号幅度和相位都符合较好.     

接管焊缝超声相控阵多模全聚焦检测技术

接管角焊缝是承压设备的关键部位,也是易于出现危害性缺陷的薄弱环节,因此,针对该薄弱区域的定期检测非常重要。相对于传统超声无损检测,超声相控阵全聚焦对焊缝内部缺陷的定位和定量具有优势。提出了一种针对焊缝内部缺陷的超声相控阵全聚焦方法,将多模成像方法应用于小口径接管焊缝的缺陷检测,实现对焊缝内部缺陷的有效检出。同时,根据检测对象的实际尺寸,通过智能算法计算声束入射参数,选择最佳成像区域,获得了一种有效区域多模融合成像方法。试验结果表明,本方法可检出直径为0.53 mm的角焊缝内部气孔缺陷,相对于单视图成像和普通超声能够有效提高缺陷定量和定位的准确性。     

基于轮廓提取的电路板缺陷检测

针对目前工业领域对多层电路板缺陷检测高效高精度的要求,在工业计算机分层成像的基础上,设计了一种基于轮廓提取技术的多层电路板缺陷自动检测系统。通过随机Hough变换检测出电路板定位圆的圆心坐标,再对目标图与标准图进行几何配准。同时对电路板裸板中常见的缺陷类型进行分析和研究,采用轮廓提取算法进行缺陷分类,并对缺陷类型进行了相应的标记,解决了传统DR和自动光学检测技术AOI对多层电路板无法进行内部电路分析的问题。     

基于深度学习特征匹配的铸件微小缺陷自动定位方法

针对射线实时成像检测中精密铸件微小缺陷自动定位的需要,提出一种基于深度学习特征匹配的铸件缺陷三维定位方法。模拟选择注意机制的中央-周边差算法,提出以视觉显著度为尺度,从射线图像复杂背景中检测出微小缺陷及其区域,以定义的区域中央点为待匹配点;然后,提出构造深度卷积神经网络自动提取微小缺陷区域的深度学习特征,通过深度学习特征矢量的相似度,实现在不同视角下投影图像中的同一微小缺陷点的自动匹配;最后,基于平移视差测距原理计算缺陷匹配点的三维空间坐标。实验表明,基于深度学习特征匹配的方法能够正确搜索平移前后投影图像中的同一缺陷点,以此为基础,利用视差测距原理实现了微小缺陷匹配点的自动准确定位,深度定位误差小于5.52%,能够满足对精密铸件微小缺陷智能评判的需要。     

液体载荷对声发射波传播特性的影响分析

固体结构在承受液体载荷作用时,声发射波的模态、频散特性和传播特性等均会受到一定的影响.本文对液体载荷作用下,声发射波在固体结构中的传播和衰减特性进行了理论分析和实验研究,并对几种不同模态的声发射波在液体管道中的传播和衰减特性进行了实验测量.研究表明:在对非液体载荷作用下的结构缺陷进行定位计算时,可采用固体中传播的纵波波速作为计算依据;而对于承受液体载荷的结构,则应采用液体中传播的纵波波速进行计算缺陷的位置.     

基于激光超声的电弧增材制件内部缺陷深度检测

针对增材制件表面质量差、内部缺陷在线检测困难的问题,开展激光超声对电弧增材制造试块内部缺陷检测的研究。为保证缺陷检测结果的准确性,采用缺陷反射法与激发源、接收源同步移动检测方式。对比理论计算、仿真分析、实验结果,确定传播路径和检测波形,在A扫中得到缺陷反射波幅值,在B扫中得到缺陷反射波成像,根据幅值大小和成像结果,准确探测出10 mm深度内直径为1 mm的内部缺陷,得到缺陷深度影响规律。研究结果为增材制造在线检测提供了参考。     

基于激光超声体波的轨头内部缺陷检测方法研究

激光超声检测技术具有非接触、宽带宽和高分辨率的特点,针对常规超声对钢轨轨头内部核伤微小缺陷不敏感、定位定量检测难的问题,本文基于激光超声体波散射和衍射原理,提出了模态转换反射波和衍射波飞行时间的缺陷定位定量检测计算模型。通过COMSOL仿真建立了超声体波与内部缺陷相互作用的二维有限元模型,分析了钢轨内部缺陷处超声体波波模式转换状态,验证了定位及定量方法的可行性。其次,搭建了固定扫查激光超声实验检测系统,对不同埋藏深度和不同直径的孔缺陷进行B扫实验。实验结果表明,激光超声检测技术能有效的检测钢轨内部微小孔缺陷,基于所提出的计算模型和检测方法,对钢轨内部缺陷检测的定位相对误差在6%之内,定量相对误差在9%之内。     

复合板缺陷的空耦Lamb波扫描仿真与成像研究

针对当前空耦Lamb波缺陷检测的不足,通过有限元仿真与实验验证的方法,对多种复合板缺陷类型的空耦Lamb波扫描成像进行了研究。首先,利用ABAQUS建立了Lamb波在复合板内的三维传播模型,基于该模型研究了空耦Lamb波在不同类型复合板缺陷扫描检测下的衰减特性,仿真结果表明,根据Lamb波扫描信号可以识别出缺陷在扫描方向上的位置与尺寸;然后,基于仿真结果制定了空耦Lamb波扫描实验方案,搭建了扫描实验系统,从两个相互正交的方向对复合板进行扫描检测,通过比较仿真和实验结果,验证了有限元模型的正确性;最后,根据概率损伤算法得到了扫描区域内的缺陷图像,成像结果表明,基于扫描检测的空耦Lamb波缺陷成像方法可以有效识别出多种复合板缺陷的尺寸、形状和损伤程度。     

压力容器上声发射源的新型定位方法

压力容器裂纹扩展时产生的弹性波在传播时声压遵从指数衰减规律,本文提出一种利用声衰减对声发射源进行源定位的新方法。用AE21C型声发射仪对自制的小型高分子合成纤维材料容器以铅笔芯折断产生信号为模拟源进行了实验测量,证明这种新的源定位方法可行,并具有无须测量传播介质衰减特性、无须测量声速等优点。     

基于PCA-WHMM的超声漏表面波频域合成孔径成像研究

超声漏表面波可用于检测表面或近表面缺陷,其非接触检测的优点易于实现自动化检测.但由于波型转换与传播衰减,漏表面波的回波幅值较小,不利于缺陷检测和成像.仿真分析了漏表面波的传播特性及缺陷回波特征,应用主成分分析分离回波信号中的干扰波,再利用小波域隐马尔可夫模型算法分离整段信号的系统噪声,联合两种方法提取漏表面波信号中的缺陷信息,最后通过频域合成孔径算法对漏表面波扫查数据进行了高分辨率图像重建.结果 表明,相比于传统B扫成像,基于PCA-WHIMM的超声漏表面波F-SAFT方法在回波信号平均信噪比上提高了10.05 dB,平均成像误差降低了26.3％,为金属表面及近表面缺陷检测提供了一种有效方法.     

基于阵元指向性的复合材料曲面结构超声表面契合法研究

采用相控阵超声结合表面契合法(Surface adaptive ultrasonic,SAUL)检测复合材料曲面结构过程中周向缺陷检测分辨力低,给缺陷定量带来困难。为提高SAUL的检测能力,以T700/环氧树脂T形长桁为研究对象,建立弹性各向异性有限元模型,并对照弹性各向同性情况分析其声传播规律,发现弹性各向异性和层间反射共同作用导致肋板处形成明显噪声。在此基础上,基于阵元指向性开展曲面结构成像检测研究,结果表明：引入阵元指向性校正系数对声源脉冲信号幅值进行优化,降低探头频率,可使阵元声场更适应曲面结构,从而减弱两侧肋板反射,提高成像质量。针对周向长度4.5 mm、深1.5 mm的分层缺陷,改进后的SAUL方法对应仿真和试验中周向缺陷长度定量误差较常规SAUL结果分别减小7.4%和13.1%,表明优化阵元指向性可有效改善SAUL周向检测分辨力,提高复合材料曲面结构超声检测缺陷定量水平,具有推广应用价值。     

多层结构复合材料的超声检测系统设计

分析了超声波在多层结构复合材料中的传播特性,设计了测量多层复合材料厚度及各种缺陷的超声检测系统超声发射系统.该系统由超声波发射系统、接收系统及计算机控制处理系统组成.针对多层结构复合材料层厚及内部缺陷分别进行了计算机仿真和实测实验,并对实验结果进行了比对.结果表明,该检测系统性能达到了设计要求.     

基于半解析有限元法的多层管超声导波数值模拟与试验研究

超声导波检测技术因其检测距离远、检测效率高,在工业管道的无损检测和健康监测中显示出良好的应用前景,但是目前对于广泛应用于工业领域的多层管的导波检测研究仍较少。应用半解析有限元法(Semi-analytical finite element method,SAFE),基于虚功原理构建超声导波在多层管中传播的控制方程,求解导波在多层管中传播的特性,导出多层管中导波的频散特性,包括相速度、能量速度、衰减、波结构等,为导波检测多层管时选择模态和频率提供理论依据。讨论多层管中黏弹性介质引入的阻尼对导波传播的影响,求解多层管中的导波衰减频散曲线,用于指导多层管检测,并通过数值仿真以及利用MSGW磁致伸缩导波检测仪检测单层钢管和衬塑钢管试验验证部分理论结果。     

基于COMSOL的超声相控阵无损检测算法与仿真技术研究

基于超声相控阵无损检测技术原理,运用延时法则研究了超声相控阵偏转和聚焦算法,在COMSOL软件中建立了多阵元超声相控阵无损检测仿真模型,对碳钢工件内部的缺陷形态进行了不同角度的扫查,揭示了声束在缺陷碳钢工件中的传播规律,获得了不同阵元的超声脉冲回波图;在此基础上,提出了基于脉冲回波的缺陷重构算法,对工件中的缺陷形态进行了重构;最后,开展了超声相控阵无损检测实验,对仿真模型以及缺陷重构算法进行了验证。研究结果为工件缺陷的超声相控阵检测及重构提供了一种有效的建模仿真技术方法。     

电磁超声横波检测钢板减薄缺陷的有限元分析

电磁超声换能器(EMAT)在试件中激发的横波(剪切波)能够应用于试件厚度和内部缺陷检测,为了研究电磁超声激发横波的机理,采用有限元分析的方法,对其进行仿真分析。通过建立EMAT三维模型,进行电磁学耦合计算,获得被测试件表面磁场、涡流、洛伦兹力的分布规律,显示了EMAT激发横波的机理过程,为电磁超声换能器的设计提供参考;通过电磁学与动力学的耦合计算,获得横波在试件厚度方向的传播规律,结果表明,横波在试件中沿厚度方向传播,并且能量呈衰减趋势;对含缺陷钢板进行结构动力学分析,发现当波传播遇到缺陷时波动发生明显的改变和衰减,得出EMAT激发的横波可用以检测试件底面减薄缺陷,并通过试验验证提出横波检测缺陷时定量缺陷深度的方法。