衰减匹配的超声Barker码激励方法

为增加超声穿透高声衰减介质的能力,提出了一种衰减匹配的超声Barker码激励方法。基于换能器高斯响应与材料非频散线性衰减的假设,得到了Barker码激励的信号模型,求解旁瓣抑制滤波后脉冲压缩的信噪比表达式可知,该方法仅需要根据材料衰减特性与轴向分辨率的要求,分别调整Barker码的中心频率与时长,便可以获得更高的信噪比。取衰减系数为1.4 Np/(MHz·cm)、厚度为5 cm的橡胶为试样进行验证。当与方波激励方法的轴向分辨率相近时,衰减匹配的Barker码激励方法比传统Barker码激励方法的信噪比增益提高接近5 dB;当牺牲一定轴向分辨率时,信噪比增益提高接近11 dB。结果表明,衰减匹配的Barker码激励方法可以降低依频率衰减对脉冲压缩的影响,有效提高衰减回波的信噪比。      

相关固井质量的声波测井仪器刻度和标定*

目前,中海油服已经建成了一批用于固井质量和套损检测的刻度井,刻度井群可以物理模拟不同的套管规格、水泥密度以及不同的水泥胶结状况等,可用于实现对固井质量和套损检测的声波测井仪器进行系统的标定和测试。以刻度井群中用于标定仪器在高密度和中密度水泥套管井中测量性能的应用为例,介绍了依据高精度的超声扫描、数值模拟和实际仪器的测试结果,初步实现对固井质量检测中常用的声幅-变密度测井(CBL/VDL)和扇区水泥胶结测井(SBT)仪器进行定量刻度和标定的步骤和方法。研究工作表明,质量测试可以掌握刻度井中各组成部分的声学物理参数以及胶结质量,在此基础上结合数值模拟和实际仪器的测量响应,可基本实现待测仪器工作性能的标定。     

固体板背覆薄层特性的低频超声反演方法研究

研究了应用低频超声的反射频谱对固体板厚度及背覆薄层的各特征参数(包括厚度、声速、密度、衰减、声阻抗率、声时)进行反演的方法。从灵敏度函数、目标函数及误差传递方程的角度,对应用反射频谱的谐振频率或幅度谱反演模型系统的单参数和双参数的方法进行了分析讨论。实验使用中心频率为7MHz的探头检测铝板/聚合物薄层样品,在同样的条件下,谐振频率法和幅度谱法反演的单参数反演效果相当,谐振频率方法的双参数反演效果优于幅度谱方法,前者薄层声阻抗率和声时同时反演的平均误差为3.4%和4.7%,而后者没有得到结果。      

Thickness Determination for a Two-Layered Composite of a Film and a Plate by Low-Frequency Ultrasound

We present an ultrasonic method for determining the thickness of a composite consisting of a soft thin film attached to a hard plate substrate, by resonance spectra in the low frequency region, The interrogating waves can be incident only to the two-layered composite from the substrate side. The reflection spectra are obtained by FFT analysis of the compressive pulsed echoes from the composite, and the thicknesses of the film and the substrate are simultaneously inversed by the simulated annealing method from the resonant frequencies knowing other acoustical parameters in prior. The sensitivity of the method to individual thickness, its convergence and stability against experimental noises are studied, Experiment with interrogating wavelength 4 times larger than the film thickness in a sample of a polymer film （0.054mm） on an aluminium plate （6.24mm） verifies the validity of the method. The average relative errors in the measurement of the thicknesses of the film and the substrate are found to be -4.1% and -0.62%, respectively.     

子带自适应滤波在层状介质脱粘超声检测中的应用

高声阻抗下低声阻抗的脱粘检测一直是超声检测领域中的难题。文章针对钢层下橡胶层分层信号,互相关最大为准则,采用小波包子带分解自适应滤波方法提取橡胶层脱粘的二界面信号,给出了仿真信号和实验信号的处理结果,显示了该方法的有效性和可行性。     

Determination of Thickness of an Inaccessible Thin Film under a Multilayered System from Natural Frequencies

We investigate the relationship between natural frequencies of a multilayered system of different elastic materials and the thickness of the undermost thin film. The natural frequencies are numerically calculated from the reflection coefficient of a sample system of ＂steel-epoxy resin-aluminium-thin polymer＂ with normal incidence. Strain energy ratio is defined and calculated to give the physics explanation why some frequencies are sensitive to thickness of the thin film in certain range. Experiments of three specimens indicate that the measured natural frequencies agree well with the theoretical ones. It is found in our experiments that the ratio of the lowest film thickness to wavelength is about 1/5. The average relative errors for the inverted polymer film thicknesses are found to be 11.8%, -4.8% and -1.3%, respectively.     

交叉分段差分进化支持向量回归的气体超声 流量计测量方法

为了进一步提高全量程气体超声流量计的测量精度,基于多通道声波到时和实时温度,提出了一种交叉分段差分进化(Differential Evolution)支持向量回归(Support Vector Regression)DE-SVR模型。考虑到气体在不同流量条件下的流体状态不同,提出了交叉分段处理的方法,采用DE算法优化选取SVR参数。实验结果表明,对于16~1600m3/h全量程,交叉分段DE-SVR和传统积分方法计算气体流量的平均相对误差分别为0.00447和0.02781,前者较后者降低了83.93%;对于16~160m3/h小流量,交叉分段DE-SVR和无分段DE-SVR算法计算结果平均相对误差分别为0.00436和0.03214,前者较后者降低了86.43%。该方法有效避免了声道长度、探头角度以及管道直径等参数不确定性对流量计算的影响,为全量程气体流量的高精度测量提供了保障。     

超声相控阵系统中基于FPGA的PCIe总线数据传输研究*

针对超声相控阵系统的高速传输需求,本文提出了一种基于FPGA的PCIe总线传输方案。实现了基于PCIe总线的相控阵数据DMA(直接存储器读写)上传、控制命令下传、发送数据缓存及驱动和上位机测试程序设计。通过实验测试了PCIe总线的DMA传输速率,可达6.5Gbit/s,并成功将该方案应用于64通道超声相控阵检测系统中,实现了超声相控阵系统的PCIe总线数据传输。     

超声显微检测技术在电子封装中的应用与发展

超声显微检测技术应用于电子封装领域始于上世纪80年代,如今已是检测电子封装可靠性和完整性的重要手段,被广泛应用到了电子封装的缺陷检测和精密测量等方面。针对电子封装的超声显微检测存在回波重叠、信噪比低等问题,近年来,发展了许多时频分析方法,用于获得优于常规方法的纵向分辨率,即实现超分辨率。本文首先介绍了超声显微检测的发展历史,对其检测原理和分辨率理论进行了简述;其次,综述了超声显微检测技术在电子封装中的主要应用与发展现状;然后,对超声显微检测的超分辨率成像方法进行了综述,分别介绍了基于小波分析的反卷积、连续小波变换和稀疏表示在实现超分辨率时的原理及适用场景;最后,探讨归纳了电子封装超声显微检测的主要研究方向及难点。     

套管-水泥界面微间隙厚度的低频超声反演方法

研究了应用低频超声垂直入射反射波实现套管-水泥界面流体微间隙薄层厚度的反演方法。应用灵敏度函数比较分析了分层系统反射谱各阶谐振频率处的相位跳变量较之各阶谐振频率作为反演特征量的优势。通过目标函数分析,选取分层系统3~10阶谐振频率处相位跳变量作为特征量,利用BP神经网络实验获得0.1~1.0 mm内不同间隙层厚度的反演结果。反演结果与真实值的平均相对误差为4.6%,最小反演厚度仅为波长的18%。所选取的相位特征量也可用于其它层状高声阻抗介质下的薄层厚度反演。