基于自回归谱外推的全聚焦成像分辨力提升

针对相邻缺陷全聚焦超声成像混叠问题,结合低阶、宽有效频带自回归谱外推方法,压缩超声波时域脉冲宽度,实现亚波长级全聚焦（Total focusing method,TFM）成像分辨力。建立碳钢试块模型,设置两个中心间距1.8 mm,直径1.3 mm圆孔,选用中心频率2.25 MHz,32阵元相控阵探头采集全矩阵数据。针对全矩阵数据,选择自回归阶数为2,信号频谱最大幅值下降14 dB为有效频带,建立自回归模型并外推有效频带外的高频与低频成分,随后对全矩阵数据进行延迟叠加处理和TFM成像。仿真结果表明,低阶、宽有效频带自回归谱外推处理方法具有较高的鲁棒性和准确性,TFM成像后可有效分离中心间距0.7λ（λ为超声波长）圆孔,保留缺陷横向位置信息的同时,定位误差不超过0.73%。对碳钢试块中相同位置及尺寸的圆孔进行试验验证,定位误差不超过1.06%,有效地提高TFM成像分辨力。     

基于TOFD周向扫查图像特征的管道缺陷超声检测

利用超声衍射时差法(Time-of-flight diffraction,TOFD)对管道进行周向扫查检测时,直达纵波传播路径与管道表面不平行,需分别对直达纵波上下区域内缺陷进行识别和定位检测。特别地,管道结构导致TOFD近表面盲区增大,缺陷衍射波与直达纵波发生混叠。针对上述问题,理论分析极坐标系下的管道TOFD周向扫查图像中缺陷衍射波特征,借此确定缺陷与直达纵波的相对位置。在此基础上,对盲区外缺陷进行定位检测,并结合自回归谱外推方法计算盲区内缺陷深度。试验结果显示,对于外壁半径100.0 mm,壁厚30.0 mm碳钢管道,在5 MHz中心频率和不同探头中心距(Probe center separation,PCS)的检测条件下,埋深4.0 mm的上表面开口槽与埋深16.0 mm的下表面开口槽均可检出,且定位误差不超过0.36 mm。缺陷衍射波特征与PCS直接相关,对管道进行周向扫查检测时应合理调整参数。     

曲面构件轮廓全聚焦超声成像表征

全聚焦超声对曲面构件表面轮廓成像时存在伪像干扰及轮廓信息缺失问题,导致轮廓提取误差较大.本文选取有机玻璃加工了3个正弦曲面试块,进行全聚焦成像.综合考虑TFM伪像成因和曲面构件的声束传播特征,针对发射阵元进行指向性函数校准,消除了曲面构件轮廓成像中存在的伪像,改善了全聚焦成像质量.对曲率较大且缺少有效轮廓信息的区域,结...     

电容器损耗因数的绝对测量

本文介绍用一组真空可变间隙电容器,在60Hz～10kHz频率范围内,绝对测定参考电容器损耗因数的结果。在测量过程中采用了完全替代法及微差法,以消除测量装置引入的误差;并用微处理机对测量数据用最小二乘法进行处理,以消除某些由于人的因素产生的误差。测量结果用环形交叉电容器进行了核对,在1kHz时,测定10、100pF电容器损耗因数的绝对不确定度(2σ)分别为1.5×10~(-7)和1×10~(-7)。     

基于TOFD周向扫查的厚壁管道倾斜裂纹精准定量

利用超声衍射时差法(TOFD)对厚壁管道实施周向扫查时,曲率表面与直通波路径不重合,引起倾斜裂纹长度和角度定量误差。为实现深层裂纹检测,提高探头中心距(PCS)进一步增加检测误差。考虑管道外壁曲率半径、PCS与裂纹端点深度之间的几何关系,开展厚壁管道倾斜裂纹精准定量研究。推导厚壁管道TOFD检测周向扫查时,裂纹长度和倾斜角度定量公式,并对比优化前后检测误差。仿真研究表明,对壁厚30.0 mm,外壁曲率半径148.0 mm的碳钢管道内,长度4.0 mm,倾斜角度10°～50°的裂纹实施检测时,长度和倾斜角度定量误差分别下降可达0.10 mm和1.58°。实验针对碳钢管道试块中长度4.0 mm,倾斜角度30°的裂纹,长度和倾斜角度定量误差从0.30 mm和2.74°,降低至0.27 mm和0.28°。所述方法可适用于不同曲率管道内部倾斜裂纹定量检测,应用范围较广。     

表面裂缝处瑞利波散射的动态光弹研究

0引言表面裂缝是无损检测中常见的危险缺陷,受到广泛的关注。人们研究发展了多种检测表面裂缝的方法,利用瑞利波检测是其中的重要方法之一,并有许多研究见诸报道。Angel和Achenbach在理论上研究了斜入射瑞利波与表面裂缝间的相互作用[1];Hassan和Veronesi采用有限元方法对半椭圆形表面裂缝引起的瑞利波反射系数变化进行仿真计算,且与理论和实验结果进行了对比验证[2]。但这     

定向凝固镍基合金DZ444声学特性的各向异性

选取定向凝固镍基高温合金DZ444不同方向片状试样,利用电子背散射衍射等技术表征晶体取向和微观组织,利用脉冲回波技术分析纵波声速和声衰减系数。结果表明:两声学特性呈各向异性,随着试样平面法向与凝固方向之间夹角φ由0°到45°再到90°,纵波声速由5533m/s增大到6595m/s后又降至5634m/s,而声衰减系数逐渐增大,变化约0.19dB/mm;对信号频谱分析发现,表面回波与一次底波的主频差值、主频幅值差值及表观积分反射系数均逐渐增大,这主要是由微观组织和晶体取向差异造成的。     

超声背散射信号递归定量分析无损表征CFRP孔隙分布仿真

针对碳纤维增强树脂基复合材料（Carbon fibre reinforced plastics,CFRP）孔隙分布对其力学性能有不可忽略影响的问题,提出对超声背散射信号进行递归定量分析（Recurrence quantification analysis,RQA）的方法来表征CFRP孔隙尺寸和位置分布。建立孔隙直径D范围为26~70 μm的3组含球形孔隙且孔隙位置分布不同的CFRP模型,3组模型的孔隙间距d分别为0.21 mm、0.14 mm和0.09 mm,对模型进行仿真计算,采用RQA方法分析超声背散射信号。研究发现,相同孔隙位置分布时,递归度P_RR（Recurrence rate）随D的增加而减小;相同孔隙尺寸分布时,P_RR随着孔隙间距d减小而增大,d=0.09 mm时模型的P_RR始终明显高于其余两组,D<50 μm时,d=0.14 mm与d=0.21 mm模型P_RR之间差别明显,D ≥ 50 μm时差别较小。结果表明,不同孔隙分布情况下P_RR均存在差异,P_RR可用于CFRP孔隙分布表征。     

C/SiC复合材料空气耦合超声检测数值模拟

针对高孔隙率C/SiC复合材料空气耦合超声检测,引入考虑孔隙形貌的随机孔隙模型开展数值模拟研究。结合力学和声学性能测试计算材料弹性刚度矩阵,借助组织分析建立考虑孔隙微观形貌、孔隙率分别为5%、10%、15%的随机孔隙有限元模型,研究了空气耦合超声透射法检测过程中超声波传播特征及典型缺陷的响应规律。结果表明:材料纵波声速约2830 m/s,横观各向同性五个独立弹性常数分别为158.149、88.589、34.141、15.288和13.793 GPa。孔隙呈长条状,随孔隙率增加,超声衰减逐渐增大;孔隙尺寸与波长的比值约在0.05~0.22范围,主要为瑞利散射机制。高孔隙率、复杂孔隙形貌显著影响超声波的传播过程,导致个别条件下声场指向性发生偏转,影响缺陷检测。当分层缺陷长度由0增加到25 mm时,接收信号幅值衰减增大,与无分层模型相比最大衰减增加33.9 dB。随着复合材料层板厚度的增加,超声衰减进一步增强,声场也将产生一定偏转,主要体现孔隙和分层的共同作用。计算结果与实验吻合较好,为高孔隙率C/SiC复合材料的高质量无损检测提供支撑。      

铝合金搅拌摩擦焊超声检测研究进展EI北大核心CSCD

铝合金搅拌摩擦焊(friction stir welding, FSW)焊接参数选择不当将会产生隧道孔、未焊透(lack of penetration, LOP)和吻接等取向复杂、细微紧贴的缺陷。首先,本文简述了FSW焊缝与典型缺陷特征,总结了超声检测时面临纵向分辨力低、缺陷表征不完整、材料与缺陷声阻抗接近和灵敏度不足等难点。随后,从常规超声、超声衍射时差法(time-of-flight diffraction, TOFD)、相控阵超声检测技术和其他超声检测技术等方面综述了现有的铝合金FSW超声检测研究工作。最后,结合超声信号处理方法和机器学习方法对研究前景进行展望:可以通过分析和提取信号特征,进一步提升超声检测分辨力和信噪比,并实现取向复杂缺陷和细微紧贴缺陷的精准辨识与定量。