超聲相控陣技術(shù)若干關(guān)鍵問題的研究.pdf

1、超聲相控陣檢測技術(shù)能夠通過控制各陣元激發(fā)聲波的延時時間，實現(xiàn)聲束的偏轉(zhuǎn)和聚焦。因此不需移動探頭就能覆蓋一定的檢測范圍，在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的缺陷檢測方面具有明顯的優(yōu)勢。本文重點研究超聲相控陣的聲場特性以及缺陷成像、缺陷定性及定量分析等問題。
　　基于瑞利積分，推導(dǎo)了遠(yuǎn)場條件下的超聲相控陣偏轉(zhuǎn)聲場的解析表達(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)場檢

2、測實驗，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離散點源聲場計算模型。進(jìn)行了聲場仿真及基于CIVA平臺的缺陷響應(yīng)實驗，證明隨著偏轉(zhuǎn)角度的增大近場區(qū)的影響將減小，而近場干涉效應(yīng)越明顯的區(qū)域聚焦效果也越明顯。近場缺陷檢測實驗表明減小陣列孔徑或采用多點聚焦方式可緩解近場區(qū)的影響。
　　通過研究平面波在界面條件下的折射行為，以及對界面條件下聚焦法則的計算，以單陣元輻射聲場為基礎(chǔ)導(dǎo)出了一

3、維線陣在液固界面條件下的聲場及位移場表達(dá)式，明確了楔塊、偏轉(zhuǎn)角度、波型、近場對聲束偏轉(zhuǎn)和聚焦的影響。結(jié)合實驗研究了由于波型轉(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，為缺陷的自動識別奠定了基礎(chǔ)。研究了聲束聚焦特性、聲波波型以及缺陷尺寸等對特征提取的影響，結(jié)果表明聲束集中會使能量特征差異增大，有利于特征提取，聲波波型

4、對特征提取的影響可忽略，而缺陷尺寸對特征提取有影響。
　　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，但若只有掃查圖像時則只能用邊界追蹤法對缺陷定量。
　　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