超聲相控陣技術(shù)若干關(guān)鍵問題的研究.pdf

1、超聲相控陣檢測(cè)技術(shù)能夠通過控制各陣元激發(fā)聲波的延時(shí)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)聲束的偏轉(zhuǎn)和聚焦。因此不需移動(dòng)探頭就能覆蓋一定的檢測(cè)范圍，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺陷檢測(cè)方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文重點(diǎn)研究超聲相控陣的聲場(chǎng)特性以及缺陷成像、缺陷定性及定量分析等問題。
　　基于瑞利積分，推導(dǎo)了遠(yuǎn)場(chǎng)條件下的超聲相控陣偏轉(zhuǎn)聲場(chǎng)的解析表達(dá)式和指向性公式。明確了陣元寬度、陣元數(shù)目、陣元中心間距、波長(zhǎng)和偏轉(zhuǎn)角度等在減小主瓣寬度、消除柵瓣、抑制旁瓣幅值方面所起到的作用。通過遠(yuǎn)場(chǎng)檢

2、測(cè)實(shí)驗(yàn)，分析了柵瓣導(dǎo)致偽缺陷產(chǎn)生的現(xiàn)象，提出了消除柵瓣影響的技術(shù)方案。
　　建立了超聲相控陣近場(chǎng)離散點(diǎn)源聲場(chǎng)計(jì)算模型。進(jìn)行了聲場(chǎng)仿真及基于CIVA平臺(tái)的缺陷響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，證明隨著偏轉(zhuǎn)角度的增大近場(chǎng)區(qū)的影響將減小，而近場(chǎng)干涉效應(yīng)越明顯的區(qū)域聚焦效果也越明顯。近場(chǎng)缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)表明減小陣列孔徑或采用多點(diǎn)聚焦方式可緩解近場(chǎng)區(qū)的影響。
　　通過研究平面波在界面條件下的折射行為，以及對(duì)界面條件下聚焦法則的計(jì)算，以單陣元輻射聲場(chǎng)為基礎(chǔ)導(dǎo)出了一

3、維線陣在液固界面條件下的聲場(chǎng)及位移場(chǎng)表達(dá)式，明確了楔塊、偏轉(zhuǎn)角度、波型、近場(chǎng)對(duì)聲束偏轉(zhuǎn)和聚焦的影響。結(jié)合實(shí)驗(yàn)研究了由于波型轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生偽缺陷的現(xiàn)象；探討了利用界面折射減小柵瓣影響的可能性。
　　利用基于小波包的信號(hào)特征提取方法，提取了碳纖維復(fù)合材料的分層、夾雜和裂紋三類缺陷的能量特征，為缺陷的自動(dòng)識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。研究了聲束聚焦特性、聲波波型以及缺陷尺寸等對(duì)特征提取的影響，結(jié)果表明聲束集中會(huì)使能量特征差異增大，有利于特征提取，聲波波型

4、對(duì)特征提取的影響可忽略，而缺陷尺寸對(duì)特征提取有影響。
　　提出了線掃圖像和扇掃圖像校正算法。研究了利用橫波和縱波兩種波型對(duì)圖像進(jìn)行二次校正的方法，可剔除由波型轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的偽缺陷。
　　提出了適用于校正圖像的-6dB定量法和邊界追蹤法，能有效定量缺陷。在能獲取原始掃查數(shù)據(jù)的情況下，-6dB定量法更有優(yōu)勢(shì)，但若只有掃查圖像時(shí)則只能用邊界追蹤法對(duì)缺陷定量。
　　明確了以-6dB法為基礎(chǔ)定位缺陷中心的原則，進(jìn)行了船型試塊通孔缺陷