基于相控陣超聲脫粘檢測系統(tǒng)研究.pdf

1、相控陣列超聲檢測技術(shù)是工業(yè)無損檢測領(lǐng)域一個(gè)新的發(fā)展方向，它是一種通過對超聲陣列換能器各陣元進(jìn)行相位延時(shí)控制，獲得靈活可控的合成波束以實(shí)現(xiàn)動態(tài)聚焦和高速掃查的檢測技術(shù)。近年來，相控陣超聲檢測技術(shù)已逐漸成為國內(nèi)外無損檢測的研究熱點(diǎn)。本文從理論上和實(shí)驗(yàn)上研究了相控陣超聲檢測的原理。 本文主要分為三大部分進(jìn)行研究，首先是相控陣超聲場的研究，其中建立了單源矩形換能器、矩形換能器陣列的聲場模型，仿真研究了它們在單層介質(zhì)中的輻射聲場和多層介質(zhì)

2、中的折射輻射聲場。同時(shí)，對換能器和換能器陣列的空間指向性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，提出了相控陣換能器的設(shè)計(jì)原則，通過分析換能器各參數(shù)對聲束造成的影響，得到陣列換能器在設(shè)計(jì)和使用中各參數(shù)的選取規(guī)則。本部分內(nèi)容為后續(xù)仿真試驗(yàn)的數(shù)值模擬計(jì)算和各種不同類型相控陣換能器的設(shè)計(jì)和使用提供理論基礎(chǔ)。此部分的創(chuàng)新點(diǎn)體現(xiàn)在目前對相控陣聲場的研究一般只限于單層介質(zhì)中的輻射聲場，本文在研究此的基礎(chǔ)上研究了矩形換能器及換能器陣列在多層介質(zhì)中的折射聲場，此部分內(nèi)容為較為復(fù)

3、雜的相控陣斜探頭的設(shè)計(jì)與使用以及后續(xù)存在多層介質(zhì)傳播問題的仿真實(shí)驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)， 聲束的高精度發(fā)射與接收是相控陣檢測過程中十分重要的一環(huán)，本文第二部分主要研究相控陣超聲檢測原理，建立了相控陣發(fā)射與接收過程中的時(shí)空控制模型，掌握相控陣聲束時(shí)空控制延遲時(shí)間的計(jì)算方法，對于一帶人工缺陷孔的試塊，采用R/DTech公司的相控陣超聲設(shè)備進(jìn)行缺陷檢測，在掌握了R/DTech數(shù)字相控陣設(shè)備的數(shù)據(jù)處理方式的基礎(chǔ)上，對采集到的信號進(jìn)行分析處理，同

4、時(shí)進(jìn)行了缺陷檢測的仿真實(shí)驗(yàn)，將實(shí)際檢測結(jié)果和仿真結(jié)果對比，驗(yàn)證了相控陣超聲檢測理論和仿真實(shí)驗(yàn)的正確性。進(jìn)而采用仿真研究的方式研究了基于相控陣超聲脫粘檢測的可行性，為今后采用相控陣方式進(jìn)行火箭發(fā)動機(jī)絕熱層脫粘檢測提供基礎(chǔ)。本部分創(chuàng)新點(diǎn)是在基于相控陣的檢測方面，目前的實(shí)驗(yàn)基本是關(guān)于人工缺陷孔及焊縫的檢測研究，本文分析目前在超聲鋼/橡膠結(jié)構(gòu)體脫粘檢測領(lǐng)域所面臨的問題與難題，提出采用相控陣技術(shù)進(jìn)行鋼/橡膠結(jié)構(gòu)體超聲脫粘檢測，通過仿真試驗(yàn)分析，驗(yàn)

5、證了基于相控陣超聲脫粘檢測的可行性與優(yōu)勢所在。 第三部分研究了在實(shí)際相控陣超聲檢測過程中由于檢測材料等方面的擾動因素所引起的超聲檢測信號的相位偏差問題。其中分析了信號產(chǎn)生相位偏差的原因及其對系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響，建立了相位偏差模型，針對該模型，提出采用信號統(tǒng)計(jì)互協(xié)方差分析法和時(shí)間反轉(zhuǎn)法對偏差信號進(jìn)行校正，信號統(tǒng)計(jì)互協(xié)方差分析法是在分析常用的相關(guān)分析法不具有校正能力時(shí)觀察信號的特點(diǎn)而提出的進(jìn)行相位偏差校正的新方法，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方

6、法的校正能力。對仿真偏差信號和實(shí)際檢測偏差信號采用互協(xié)方差分析方法進(jìn)行校正，結(jié)果表明，互協(xié)方差分析方法具有較好的校正效果。時(shí)間反轉(zhuǎn)法目前用在檢測試驗(yàn)中信號發(fā)射、采集階段，本文根據(jù)時(shí)間反轉(zhuǎn)法的基本思想發(fā)現(xiàn)時(shí)間反轉(zhuǎn)法是一種具有獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的自適應(yīng)聚焦方法。它具有的最大的優(yōu)點(diǎn)是檢測時(shí)不需要介質(zhì)不均勻性的先驗(yàn)知識，這種特點(diǎn)正好滿足相控陣接收聚焦的特點(diǎn)。因此本文提出將時(shí)間反轉(zhuǎn)法運(yùn)用到對采集到的信號進(jìn)行后期信號處理階段的新思想，即對各陣元接收到的信號采