多阵元合成孔径聚焦超声成像研究

对多阵元合成孔径聚焦超声成像进行了全面的研究.根据声场的辐射理论推导了多阵元孔径的声压分布,并分别对单阵元、多阵元聚焦和多阵元非聚焦的声场和缺陷响应进行了仿真,发现多阵元非聚焦的声场更适合于合成孔径聚焦超声成像,并根据这个原则进行了成像实验,结果表明在远场情况下,多阵元合成孔径聚焦超声成像可以获得比单阵元合成孔径聚焦成像更高的成像质量和分辨力.     

基于逆时偏移的底面开口裂纹高精度超声成像及定量分析

传统的超声成像方法只能使用一次反射波对缺陷的上端进行成像,而基于逆时偏移的超声成像方法可使用多次反射波对缺陷进行完整的成像。该项研究将一种基于逆时偏移的超声成像方法用于对底面开口裂纹的高精度成像和定量分析。在数值仿真方面,对底面识别的必要性和高成像精度进行说明。在实验方面,对具有多个底面开口裂纹的铝块进行底面识别,进而对底面开口裂纹进行完整成像。综合考虑底面识别前后的逆时偏移成像结果,可对底面开口裂纹的长度和宽度进行直观的定量分析。最后,针对逆时偏移成像在超声无损检测方面的应用,给出对缺陷进行完整成像及定量分析的3个关键的步骤。     

超声成像方法综述

目的 讨论超声成像的主要方法、规律和历史。方法 阐述了各种成像方法的历史、原理、特点、用途和发展状况。结果与结论 指出了超声成像的发展方向。     

超声成像方法综述

目的　讨论超声成像的主要方法、规律和历史 .方法　阐述了各种成像方法的历史、原理、特点、用途和发展状况 .结果与结论　指出了超声成像的发展方向 .     

聚焦超声声场中的散射体成像方法

在实验室条件下,研究了聚焦超声声场中的散射体成像问题。将一个纽扣作为散射体置于一聚焦换能器所产生的声场中,以频率为1.17MHz的脉冲信号经功率放大后激励聚焦换能器,声波作用于纽扣后发生散射,借助于三维自动扫描系统和PVDF膜片水听器,测量得到了散射声场中前三次谐波的声场分布,膜片水听器敏感元件有效尺寸为1mm。利用角谱法反演了散射体所在处的声场,通过与散射体实际的形状特征进行比较,发现反演的结果与散射体特征吻合良好,由此得出结论,在信噪比足够大的情况下,利用聚焦声场所产生出的高次谐波,可以得到分辨率较高的成像效果。     

层状无砟轨道结构脱层缺陷超声成像

无砟轨道是典型的层状混凝土结构,脱层缺陷是其最常见的损伤形式,影响着高速列车的安全运行。传统的合成孔径聚焦成像方法是基于恒定声速的超声检测方法,忽略层间的声阻抗差异以及声波在层间界面处的折射,导致声束难以在缺陷处聚焦,声波在层状结构中传播的时间误差较大。鉴于此,提出了一种多层结构合成孔径聚焦成像方法,充分考虑多层结构中的层间声速差异,采用射线追踪方法准确获取声波在多层结构中的传播时间。在此基础上,分析了不同入射波模式以及不同激发频率对多层结构合成孔径聚焦成像结果的影响。结果表明：采用多层结构合成孔径聚焦成像方法,使用频率为50 kHz的横波入射成像分辨率更高,对无砟轨道脱层缺陷检测效果更好。该研究为该类缺陷检测提供了理论支撑。     

异质外延GaN薄膜中缺陷对表面形貌的影响

通过对异质外延GaN薄膜中各类结构缺陷进行系统的研究,发现材料内部的各种体、面和线缺陷,包括沉淀物、裂纹、反向边界、局部立方相、小角晶界和位错,都会对表面形貌产生影响,并具有对应的特征形貌.GaN薄膜中缺陷与表面形貌的这种对应关系,可以通过MOCVD生长机理和缺陷间相互作用机制加以解释,同时也提供了一种简单而有效的研究与检测GaN材料内部缺陷的方法.     

炭纤维织物复合材料微结构超声成像方法

超声波在炭纤维织物复合材料中树脂囊界面声压反射系数可达 21 %,在层间界面的反射则与树脂层的厚度和声波频率有关,在缺陷界面则会产生绝对反射。研究了入射声波在织物复合材料内部树脂囊、编织纤维束和层间界面产生的声波反射信息,揭示织物复合材料内部铺层和层间界面微结构的三维分布特征。结果表明,采用高分辨率超声成像方法,可以较好地再现织物复合材料中的树脂囊和纤维束形状、取向、铺层方向及层间界面等三维分布特征,为织物复合材料提供一种有效的微结构表征和缺陷检测方法。      

一种新的超声成像方法振动声成像

文章介绍一种新的超声成像方法———振动声成像。首先从理论上分析了振动声成像的基本原理;然后分别介绍了该方法在钙化动脉血管成像、乳房中微钙化灶的检测以及受热疗和HIFU治疗的肿瘤组织焦斑检测等方面的应用;最后比较了振动声成像与传统超声成像不同点并指出了振动声成像独特的优势。     

CFRP中孔隙几何形貌与超声衰减系数关系的研究

通过金相和超声衰减系数表征CFRP层压板中的孔隙,研究孔隙形貌对超声衰减的影响。结果表明:超声衰减系数随孔隙几何形貌参数(平均长、宽、面积)的增大而增大;平均孔隙长度随孔隙率的增加程度大于平均孔隙宽度随孔隙率的增加程度;超声衰减系数随主要尺寸区域内的孔隙所占比例的增加,总体趋势减小;同一孔隙率下,大尺寸孔隙所占的比例越多,其超声衰减系数越大。总之,本试验中孔隙形貌对超声衰减有一定的影响且不能忽略。     

超声A扫描信号建模及其缺陷识别方法研究

针对超声检测中A扫描信号依靠经验评定结构缺陷、识别缺陷类型困难等问题,提出一种A扫描信号建模方法,计算出缺陷A扫描信号。该方法基于超声检测系统建立A扫描信号数学模型,应用多元高斯声束法计算模型中缺陷表面超声波传播质点速度,运用基尔霍夫近似理论描述模型中缺陷散射振幅,从而获得缺陷超声A扫描信号。应用CSII-1/20标准试块平底孔(缺陷)超声A扫描表明:该方法计算获得试块平底孔5#(缺陷)A扫描信号与试验测量结果在缺陷位置和幅度基本吻合,是识别结构孔洞类缺陷的一种有效方法。     

基于部分散射系数矩阵的缺陷识别方法研究

为了在相控阵超声成像检测时实现缺陷的定性分析,采用部分散射系数矩阵表征传感器采集到的部分散射场信息,并利用部分散射系数矩阵图进行缺陷识别。以相控阵超声全阵列采集获取到的全矩阵数据为基础,结合声波传播过程的衰减性,采用逆向补偿的方法将全矩阵数据补偿到以缺陷为中心的同一圆周上,以此获取缺陷的部分散射信息,并采用部分散射系数矩阵来表征。通过分析缺陷的部分散射系数矩阵图特征,对缺陷进行定性分析和判别。采用此方法对两种典型的缺陷进行仿真实验,结果显示,部分散射系数矩阵图不仅对圆孔和裂纹两类不同缺陷表现出差异性,对同类型不同尺寸和不同角度的裂纹也有明显的不同之处,表明利用该方法可实现缺陷的定性识别。     

基于CORDIC的成像声呐加权系数实时生成方法研究

针对线列阵成像声呐加权系数的预存储式生成方法,需要在现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)中调用Block Memory IP核预存所有加权系数进行波束形成,造成随机存储器(Random Access Memory,RAM)资源占用过多的问题,提出了一种基于CORDIC实时生成加权系数的改进方法。通过预存少量的波束角度值并利用乘法器和CORDIC IP核实时生成加权系数,该方法可降低77%的RAM资源;此外,通过上位机下发声速,可以实现动态加载不同声速下的加权系数进行波束形成,并且能够保持较高的运算效率。经过ISE布局布线,该方法有效地均衡了RAM资源与逻辑资源的占用率,节省FPGA成本,具有很好的工程应用价值。     

医学超声内窥成像系统的数字增益补偿

为了补偿医学超声内窥镜中超声信号的传输衰减,设计了由AD8065、AD8331和现场可编程门阵列（FPGA）组成的前置放大与增益补偿电路．电路采用AD8065实现超声换能器与增益补偿电路间的阻抗变换,然后,根据超声信号在人体组织中的衰减规律,由FPGA输出补偿控制电压,控制AD8331实现对回波信号的补偿放大．对实际超声回波进行的补偿实验表明,该电路能够有效地补偿超声信号的传输衰减,而且,利用FPGA的可编程性,该电路可根据不同的衰减曲线进行灵活配置.     

用于缺陷检测的圆环孔径锥镜剪切散斑干涉法

介绍了一种利用圆环孔径和锥镜剪切散斑干涉技术检测缺陷的新方法,该方法是一种非接触式的检测方法．不受缺陷形状和位置的影响,能够准确地检测出缺陷的位置和大小。分析了圆环孔径锥镜剪切散斑干涉的基本原理,给出了散斑图全场滤波分析的平均光强解析式和实验结果。结果表明,该方法能在一张双曝光的散斑图上可同时记录物体在所有方向上的变形信息,并能连续地再现出来,散斑图的信息量丰富。在全场滤波分析时,适当选择滤波孔的位置,可得到清晰的缺陷的全场条纹图。在实时滤波分析观察时,将滤波孔连续地旋转,可观察到物体动态变形的全过程,散斑图的条纹在变化,而缺陷的位置不变,从而为缺陷检测或其它动态检测方面提供了一种新方法。     

低频相控阵超声检测用于船用复合材料缺陷定量分析研究

研究了低频相控阵超声检测技术用于船用复合材料缺陷定量分析的问题。首先针对典型船用复合材料的相控阵聚焦声场进行分析,包括典型材料声速对小缺陷检出能力的影响、不同频率和合成孔径对近场长度的影响以及不同聚焦深度的声场仿真,提出不同厚度典型船用复合材料的相控阵超声频率和合成孔径推荐原则。为了验证该原则的准确性,通过实测不同深度的Φ3 mm的小缺陷,运用TCG校准的方式对TCG曲线的线性和小缺陷的检测效果进行验证。实现了对典型船用复合材料近表面和内部缺陷的定量分析,达到了较好的检测效果。     

航空锻件的超声成像技术

由于锻件表面不平整,且厚度不均,目前超声扫查系统普遍采用手工超声波探伤法检测锻件内部缺陷,无法应用标准的B扫描成像和C扫描成像,存在着效率低、探伤质量较差等不足之处。提出了以“厚度-灰度”超声检测为核心的基本成像过程,包括路径规划、全波采样、信号处理、波形分析和缺陷扫描成像等方法,并示例实现。该检测手段有助于促进航空锻件超声检测的智能化,提高检测的效率和可靠性。     

Boundary collocation method for multiple defect interactions in an anisotropic finite region

The modified mapping collocation method is extended for the solution of plane problems of anisotropic elasticity in the presence of multiple defects in the form of holes, cracks, and inclusions under general loading conditions. The approach is applied to examine the stress and strain fields in an anisotropic finite region including an elliptical and a circular hole, an elliptical flexible inclusion, and a line crack. It can be readily incorporated into micro-mechanics models, capturing the relative importance of the matrix, the fiber/matrix interface, and reinforcement geometry and arrangement while estimating the effective elastic properties of composite materials. The accuracy and robustness of this method is established through comparison with results obtained from finite element analysis.     

机床面板外观设计的人机效率

 为了系统地研究机床面板外观各因素对操作效率的影响情况,在对认知心理学、人体工学等理论研究的基础上,提出针对机床的人机界面操作效率设计原则,并将其运用到DK系列电火花数控切割机床面板的改良设计中,形成针对面板色彩、按键位置、按键形状、按键大小、按键符号各个单因素以及全部综合因素而进行的改良设计方案。通过预测法定性分析人机界面中诸因素对界面效率的影响程度,并采用模拟实验方法,定量测量了每个因素对界面效率影响程度的大小,并证明以上5个要素的设计改善对提高效率是有效的,而综合全面改良的效果最优,也达到最优外观效果,可以说是“好看即好用！”。     

Phased Array Ultrasonic Testing for Post-Weld and OnLine Detection of Friction Stir Welding Defects

Nondestructive evaluation (NDE) techniques of phased array ultrasonic testing (PAUT) and digital X-ray radiography were employed on friction stir (FS)-welded Aluminum Alloy (AA)-2219-T87 specimens. PAUT intricacies required for scanning of FS-welded specimens with a 10-MHz 32-element transducer are discussed. The time corrected gain (TCG) calibration is required for scanning with an increase in index offset to compensate for decrease in A-Scan signal peak amplitude. Calibration techniques to find small defects with appropriate size tolerances are also established. The NDE technique of digital X-ray radiography is compared to PAUT, where it was found that a calibrated PAUT system is able to discover defects less than 0.2 mm where X-ray radiography could not. Incomplete penetration (IP), wormhole (WH), surface cavity (SC), and internal void (IV) defects are analyzed. Furthermore, an online PAUT system for FSW has been developed and successfully tested. The work provided herein will provide a gateway for an ultimate goal of an automated PAUT online sensing system.