超声相控阵探头声场优化设计仿真

超声相控阵技术是近年来无损检测领域的研究热点.通过对超声阵列换能器中各个阵元施加独立的相位控制,可实现声束的偏转和聚焦.它可以灵活地采用多种扫描方式进行检测,检测速度快,灵敏度、分辨力与信噪比高,能检测形状复杂的物体.在相控阵超声成像检测中,要获得分辨率高的声聚焦和清晰的图像,声场的好坏是关键,而声场主要取决于阵列换能器的设计,因此阵列换能器在相控阵超声成像检测中是至关重要的.文中以线性阵列探头为研究对象,通过改变探头的参数进行仿真分析,提出优化阵列的设计方法.     

聚乙烯管热熔接头超声相控阵检测及检出率定量分析

基于超声相控阵技术,通过改变探头的频率(2. 25 MHz、5. 00 MHz),对定制的聚乙烯试块中不同深度(10 mm、15 mm、20 mm、25 mm、30 mm、35 mm、40 mm)、直径分别为1 mm和2 mm的横通孔缺陷进行检测和分析,并利用超声相控阵技术进行了检出率定量分析。研究结果表明:采用较低频率的探头,对较大的缺陷能取得更好的检测结果。在95%的置信区间下限,90%缺陷检出率时,2. 25 MHz探头和5. 00 MHz探头能检测到直径为1 mm的横通孔缺陷深度分别为26. 21 mm和14. 98 mm。     

高密度聚乙烯管热熔接头的全聚焦成像实验分析

基于全矩阵数据捕获(FMC),利用全聚焦(TFM)成像技术,对高密度聚乙烯(HDPE)试块中不同深度(10～50 mm)的预制横通孔缺陷进行了全聚焦成像实验分析.在MATLAB软件中编写了全聚焦成像算法,并将全聚焦成像效果与超声相控阵扇形扫描成像效果进行比较.研究结果表明:全聚焦超声成像方法对于HDPE试块内部的横通孔缺陷,能够较好地实现缺陷位置的定位.在5 MHz频率探头的条件下,检测深度达到50 mm以上,深度定位误差在2 mm以内.相比于超声相控阵扇扫方法,本文方法的 ?1 mm缺陷最大幅值标准差从16.8 dB降低到了7.5 dB,?2 mm缺陷的最大幅值标准差从21.0 dB降低到了6.2 dB,有2～3倍的提升.     

超声相控阵声束时空控制仿真研究

超声相控阵检测技术是工业无损检测领域新的发展方向,其中相控发射与相控接收过程在整个检测过程中是十分关键的环节,在此过程中通过控制声束偏转聚焦到检测的各个区域内,从而达到对整个检测区的扫描。在研究超声相控阵检测原理的基础上,建立了声束时空控制模型,仿真研究了声束偏转与聚焦过程。     

多参量超声相控阵技术的研究进展

超声相控阵结构健康监测在大部分结构较为复杂的缺陷检测中是一个极具应用前景的检测技术,它通过计算激励信号的时间延迟而改变波束偏转角,实现对结构的多方位扫描,并通过扫查图像获得检测结果。研究表明,该方法产生的超声波在工件损伤处的聚焦效果尤为明显,缺陷信号能量显著增强,可有效提高信噪比。主要就超声相控阵技术使用过程中,换能器指向性的影响因素和阵元数与聚焦深度之间的关系进行综述;在此基础上,针对复杂结构存在的缺陷检测问题进行常规无损检测与相控阵检测对比分析,详细阐述了相控阵的优势与不足,为更好地辨识由相关因素造成的不良缺陷提供理论基础,并为后续研究指明方向。     

某型直升机尾桨叶专用超声探头参数的确定

为了检测某型直升机尾桨叶大梁的裂纹,需要设计专用横波探头。根据桨叶厚度以及裂纹的特点,认为横波探头设计的关键在于晶片的工作频率、晶片的入射角和晶片的尺寸的选取,由理论分析和实例说明了确定各个参数的方法,通过实际应用证明效果良好。     

医用多头超声显象仪(Ⅱ)

Bom 提出了用20个晶片组成一只线阵探头,采用电子线性扫描快速显示人体内部脏器的断层像,特别是心脏动态图象的显示,引起了超声诊断医学界的重视.在Bom 研制的装置中,其扫描只有40线,使图象有间断、不连续的感觉.断层面图象的质量跟探头     

影响超声波换能器回波频率的因素及控制方法

在超声波换能器制造标准中规定超声波换能器的标称频率与其实际回波中心频率的误差不能超过±10%。在超声波换能器设计生产中,这是一个比较难以控制的指标。本文提出了用驻波理论设计出一个物理模型,将粘接后的保护膜与晶片看作一个整体,晶片中激发的超声波在这个整体中形成驻波。对给定频率的晶片可以用保护膜的厚度来控制探头的回波频率,减小保护膜的厚度,将提高探头回波中心频率,增加保护膜的厚度,将降低探头的回波中心频率。     

半导体材料晶片加工应力控制研究

晶片在加工过程中要经过滚磨、切割、倒角等工序才能实现由单晶锭到单晶片的过程，并保持一定的直径和获得参考面。这一系列的机械加工过程中会对单晶造成不同程度的损伤，改变单晶内部应力。通过对单晶滚磨、切割、倒角等加工过程的研究，定性分析了单晶应力产生的原因，通过调整关键工艺参数，使晶片应力得到有效的控制。     

超声波双晶片斜探头的设计与制作工艺方法研究

本文作者通过对超声波探头的基本结构和工作原理的分析研究,以及在实际的应用过程中,总结了如何进行超声波双晶片斜探头的设计以及其制作的工艺方法。     

医用相控阵超声换能器的初步研究

相控阵超声换能器是相控阵扫描显像系统的主要部件之一。医用相控阵换能器,是由许多小阵元紧密排列成一个均匀线阵,用电子技术进行相控发收,实现扇形扫描的换能器件。这种超声探头与线阵扫描换能器相比,其特点是:体积小、与体表接触面小,仅为16×10mm~2。由于它能通过小的“窗孔”透视较大视野的扇形扫描面,所以适宜于对心     

奥氏体不锈钢焊缝的相控阵超声检测

由于奥氏体不锈钢焊缝晶粒组织粗大以及结构的各向异性导致超声声束的散射和畸变,其超声检测比较困难。本文分析了奥氏体不锈钢焊缝超声检测特性,在奥氏体不锈钢焊缝试块上进行了常规超声和相控阵超声检测试验。研究结果表明:对于10 mm深焊缝缺陷,相控阵超声检测信噪比可达14 dB,而常规超声技术仅获得6 dB的信噪比,对于30 mm深内部缺陷,均未取得较好的效果。     

SiC单晶线锯切片微裂纹损伤深度的有限元分析

为了实现对碳化硅单晶(SiC)线锯切片亚表面微裂纹损伤深度快速计算与非破坏性分析,基于SiC单晶锯切加工脆性模式的材料去除机理,选择材料脆性开裂本构模型,建立了SiC单晶线锯切片微裂纹损伤深度计算有限元模型。模型通过定义开裂状态量的输出,控制晶片表面单元失效与删除,将晶片上计算点区域内未失效单元节点到晶片表面最大距离提取为微裂纹损伤深度,实现了微裂纹损伤深度的仿真计算。研究了锯切过程的最大主应力与应力变化率的变化规律,仿真计算了切片微裂纹损伤深度,结果表明:锯切过程中距切点越近,最大主应力值与应力变化率越大;当工件进给速度一定时,锯丝速度提高,SiC晶片的微裂纹损伤深度降低;有限元模型的仿真计算值均小于实验测量值,结果变化趋势较一致,其相对误差范围为10%~15.92%。建立的有限元模型可以较准确地预测计算SiC单晶线锯切片微裂纹损伤深度。     

二维声子晶体线缺陷的自准直波分束效应

利用二维声子晶体缺陷与自准直模式的耦合,设计2种线缺陷结构,实现自准直声波分束,并采用有限元数值模拟软件对其进行仿真.仿真结果表明,改变线缺陷中散射体的半径和线缺陷的大小,就能够改变反射和透射波束的能量比例,从而实现可控分束,将分束装置串联还可以实现多路可控分束.     

厚板电子束焊缝的超声扇形扫描检测

针对传统超声斜角探伤法检测厚板焊缝宽度受限的问题,采用超声相控阵扇形扫描方法,对55 mm厚TC4电子束焊缝进行检测研究.对相控阵波束在TC4焊缝中的偏转聚焦特性及扇形扫描进行模拟分析,采用扇形扫描与D扫描、A扫描相结合的方法分析缺陷特征,给出缺陷的三维定位.结果表明：扇形扫描角度为30°～70°,采用双面检测的方法可以实现宽度有限的厚板焊缝的检测,扇形扫描图像能够更加直观地显示缺陷.在TC4电子束焊缝中检测出气孔、裂纹、未熔合和未焊透四种缺陷.通过合理设置坐标系,可以实现焊缝缺陷的三维定位,测得缺陷距离换能器楔块前沿的距离、埋藏深度和距离扫查起始位置的水平距离.     

光学相控阵扫描激光电视的设计

阐述了光学相控阵扫描激光电视的设计 ,系统采用光学相控阵扫描技术 ,可以提高扫描速度和装置的稳定性 ,扫描为直线 ,不须进行扫描轨迹的矫正 .最后通过计算机模拟计算 ,得出扫描点的对比度曲线以及相控阵调制单元上所加的补偿电压 .     

碳纤维复合材料分层缺陷的超声相控阵检测方法

碳纤维复合材料(CFRP)具有相对密度小、比强度和比模量大等优点,被广泛应用于航空航天、汽车等领域。碳纤维复合材料在生产和服役过程中容易产生分层缺陷,将严重影响其力学性能。鉴于此,开展了碳纤维复合材料分层缺陷的超声相控阵检测方法研究。首先,利用超声相控阵检测仪器测量了不同大小和位置的分层缺陷超声A扫描信号;其次,通过设置A扫描信号的闸门,提取闸门内的幅值和深度信息作为表征分层缺陷大小和位置的信号特征;最后,利用提取的幅值和深度信号特征分别构建了分层缺陷的C扫描图像。结果表明,超声相控阵技术对分层缺陷有良好的成像效果,基于深度特征的图像可以准确识别分层缺陷的位置;而基于深度和幅值特征的图像用于识别分层缺陷的轮廓。     

基于二维阵列的相控阵超声三维成像实现

基于二维阵列的三维成像在实现上具有阵元多、通道数多、系统复杂、回波信号弱等困难。从阵列探头的设计着手,分析了时间空间信号在离散有限长窗函数下的行为特点,推导出阵列探头设计的一般规则;在此基础上,利用脉冲回波场理论,通过计算机模拟,设计了8×8二维阵列探头,并利用该阵列实现了相控阵超声三维体数据的扫查和显示。实验表明,该系统和阵列探头具有良好的性能,扫查所得人工缺陷的三维超声图像提供了很好的轮廓、走向等信息。     

羊毛单纤维性质对束纤维强伸性的影响

对21种澳大利亚羊毛进行单纤维性质测量,其包括纤维的直径及其离散、纤维卷曲性质和纤维强伸性质.同时采用SIROLAN-TENSOR对此类羊毛做束纤维力学性质测量.通过实验结果的对比分析得到,单纤维强伸性与束纤维强伸性存在线性相关,纤维直径和卷曲也与束纤维强度和伸长有较好的相关.因此采用束纤维力学指标表征单纤维性质,在理论和实用上都是可行的.     

锯齿形超声相控阵声场特性

针对空心轴类零件的外表面纵向裂纹,该文提出采用锯齿形超声相控阵换能器进行电子旋转扫查检测的方法。为研究锯齿形超声相控阵探头的聚焦声场特性,首先根据射线声学原理,研究该换能器在圆弧形分界面条件下的延迟法则计算方法;其次采用有限元仿真方法分析该换能器超声声场的聚焦声场特性,结合动态光弹实验方法,对聚焦声场进行观测实验;最后在含有人工缺陷试块中进行检测实验。实验结果表明:通过设计相应的聚焦法则,可以实现电子控制声场周向扫查,在聚焦点附近声场能量增大,在远离聚焦点处声场能量减弱,瞬态观测实验声场聚焦效果与仿真结果相符,检测实验缺陷信号明显,无底波干扰。