微小层片型缺陷的超声非线性区域检测技术*

针对微小层片型缺陷的超声检测效率低、检测能力弱、易受主客观因素干扰的问题,提出弹簧扁钢中微小层片型缺陷的非线性超声区域检测技术。首先,优化探头夹持装置并提出区域检测方法,提取稳定可靠的检测信号;其次,提出相对非线性系数均值及波动系数表征缺陷分布;最后,基于斯皮尔曼次序相关系数分析扁钢各类缺陷与非线性超声系数均值的相关性。研究结果显示:两种非线性超声特征参数中的波动系数具有更高的缺陷敏感度,可表征扁钢中缺陷分布;波动系数与扁钢中微小层片型缺陷的相关系数比与体积型缺陷的相关性系数大得多,特别适用于微小层片型缺陷的检测。     

应用混频超声检测微小缺陷

高端飞行器的可靠性往往受限于其发动机内部盘、板等构的结构强度和使用寿命,因此对这类部件的无损检测在制造业上具有巨大需求。超声检测作为一种应用广泛、高效、环保的检测方法,常常被应用于这类构件的检测中。但是,大厚度盘、板类构件内的微小缺陷反射能力弱,常规超声脉冲反射法无法进行有效检测。为实现大厚度盘、板类构件内部微小缺陷的识别和定位,采用共线异侧纵波混频法,通过和差频信号特征识别微小缺陷;研究缺陷埋深变化对混频效果的影响,通过测量和差频信号幅值变化,实现微小缺陷的深度定位。结果表明：该方法可有效识别7075铝合金中埋深80mm的φ0.2mm横孔微缺陷,且可实现微小缺陷的深度定位。     

时间反转法在水下通信中的应用

将时间反转法应用于水下扩频编码通信,在分析水下波导中时间反转自适应聚焦特性的基础上,研究了时间反转法克服多径效应对编码信号造成的波形畸变,采用BPSK(Binary Phase Shift Keying)编码方式,选取7位巴克码(Barker code) 作为扩频编码信号的码型,在实验水槽内进行了时间反转法用于水下通信的实验研究并进行了相应的理论分析。理论和实验证明了时间反转法能获得聚焦增益并提高编码信号相关解码时的主副瓣比,因此时间反转法应用于水下编码通信时,可望降低误码率和提高水下通信距离。     

基于衍射波的孔类缺陷超声相控阵定量方法研究

针对常规超声检测方法对小孔型缺陷难以准确定量的问题,利用超声相控阵的声束偏转聚焦和成像技术,基于声波在体积缺陷处的衍射特性,提出采用一次反射回波和衍射回波来确定体积缺陷的直径尺寸。以横孔模拟孔型缺陷,利用动态光弹技术对声波入射横孔的传播规律进行研究,并采用超声相控阵对孔径为Φ1-Φ4mm不同埋深以及相同埋深下Φ0.8-Φ4.8mm的等差横孔进行了试验。研究结果表明利用本文提出的定量方法能快速有效的确定孔型缺陷直径尺寸,实际计算值与理论值误差较小,对相控阵的定量问题研究具有一定的参考价值。     

多层结构中脱粘缺陷的超声检测方法

固体火箭发动机多层装药结构中的脱粘类型、位置和尺寸决定了其对整体安全性能构成的威胁程度。该文研究了多层结构中脱粘缺陷的超声检测方法,通过对不同脱粘缺陷超声脉冲回波的特征分析与统计,实现缺陷的定性、定位和定量。首先,采集含有多类脱粘缺陷的粘接结构的超声脉冲回波信号,分析信号中主能量波包所代表的声程,提取五种声程的波峰时刻和幅值作为特征值,组建已知脱粘类型训练样本并输入至BP神经网络,实现特征值域到类别域的非线性映射,即脱粘类型分类;其次,采用阈值法确定缺陷的界面位置;最后,提出分段线性插值-相关性定量法将待检测缺陷的定量结果缩小到±2 mm以内。该文利用COMSOL有限元仿真和实验操作验证了多层粘接结构中脱粘缺陷的定性、定位和定量方法的可行性和可靠性。     

应用超声干涉特征识别微小缺陷

航空用金属材料中允许存在的缺陷越来越小,有时需要识别几十微米的夹渣缺陷。由于微小缺陷对声波的反射能力弱,常用的超声脉冲反射法的识别能力遇到瓶颈。该文利用超声干涉原理对微小缺陷进行识别。首先,理论分析入射波与微缺陷散射波的干涉机理;其次,采用有限元仿真方法分析了入射波经过微小缺陷后的波形变化,归纳出入射波与微缺陷散射波干涉规律。最后,以底波尾部干涉波列幅值作为成像参量对微小缺陷试样进行了成像检测,得到微小缺陷灰度图像。研究结果表明：该方法能够有效识别埋深5～80 mm、孔径为?0.1 mm的微小缺陷,当缺陷埋深小于5 mm时,能够有效区分横向间距1 mm、?0.2 mm的相邻微缺陷。     

Theoretical and Experimental Study of Time Reversal in Cubic Crystals

The self-adaptive focusing of the time reversal in anisotropic media is studied theoretically and experimentally. It is conducted for the compressional wave field in the cubic crystal silicon. The experimental result is in agreement with our theoretical analysis. The focusing gain and the displacement distributions of the time reversal field are analysed in detail. It is shown that the waves from different elements of the transducer array arrive at the original place of the source simultaneously after the time reversal operation. The waveform distortions caused by the velocity anisotropy can automatically be compensated for after the time reversal processing.     

用时间反转法在水下波导介质中实现自适应聚焦的研究

研究了水下波导中声波时间反转自适应聚焦问题,分别在半无界流体介质和置于半无界刚性固体之上的流体层中开展了时间反转法的理论和实验研究工作。理论上采用射线近似方法分析了时间反转声场特性,实验上在实验室内开展了水下波导的超声模拟实验。理论和实验证明,聚焦增益可以提高 12 dB以上。