基于超声平面波成像的钢轨螺孔裂纹检测方法研究

轨道交通在当今社会生产活动中发挥着重要作用。目前在役钢轨大量采用鱼尾板和螺栓联接的方式铺设。钢轨接头在服役过程中会频繁受到冲击载荷作用,容易诱发螺孔裂纹损伤。尽早发现螺孔裂纹,并对裂纹进行定量测量,是保障铁路运输安全,避免发生严重事故的关键。超声相控阵成像检测方法具有精度高、环境适应性强、实施方便的优点,在钢轨在役无损检测中得到了广泛的应用。然而,传统相控阵斜入射扇扫成像方法受裂纹倾斜角度的影响,在工业实践中依赖工人的主观判断和分析能力,难以实现检测的定量化与标准化。基于以上背景,本文提出了一种基于超声平面波全聚焦成像的钢轨螺孔裂纹检测方法。使用复合平面波成像方法对钢轨内部螺孔及附近区域进行高精度重建,获得裂纹伤损的初步检测图像。基于编码器信息,将多个扫查点上的初步检测图像融合,得到合成检测图像,从而覆盖不同倾斜角度的裂纹。基于主成分分析方法,对裂纹倾斜角度进行定量分析,进而借助方向最大强度投影方法,得到裂纹长度的定量检测结果。所述方法在钢轨螺孔裂纹试件检测试验中实现了对[-45°,45°]范围内裂纹的100%检出率;裂纹定位误差最大值为1.47 mm,接近1个波长;长度检测误差最大值1.17 mm,小于1个波长;裂纹角度检测误差最大5.01°。所述方法需要的设备结构简单,可集成于移动式钢轨巡检设备,具备自动化实施的能力。

面向开环扫描系统的超声图像畸变校正方法

超声显微成像技术广泛应用于工业无损检测领域。相较于闭环、半闭环扫描系统硬件复杂、成本高,开环扫描系统结构简单、成本低,但由于无反馈机制会导致步进电机的非线性运动引起图像像素错位畸变。因此,消除非线性运动带来的错位畸变是采用开环扫描系统实现高质量超声成像的关键。该文提出集最大值投影法、最大类间方差法和中心坐标校正法于一体的MIP-Otsu-C3M方法,对开环扫描系统获得的硬币回波数据采用最大值投影法获取初始灰度图像,采用最大类间方差法获取感兴趣区域的B扫描图像边缘像素位置,并采用中心坐标校正法成功消除像素错位,解决了超声C扫描图像畸变问题。对消除错位畸变的回波数据进行飞行时间法和傅里叶变换法图像重建,直接获得了非畸变的三维图像和透视图像。该新颖算法也验证了最大值投影法可拓展至图像畸变校正应用。

面向高端装备承力结构的超声导波检测系统

针对高端装备承力结构的健康监测问题,研制了集成128个传感器通道的超声导波检测系统,包括集成化的压电传感智能层、系统主机和具有损伤实时定位功能的上位机软件3部分。首先,通过优化智能层外观与叠层设计、提高主机输出功率、自适应放大响应信号、增加串扰抑制电路等措施,保证系统能够在复杂环境中可靠运行;其次,搭建不同的测试环境,分别对系统的串扰抑制效果、定位准确性和变温变振动条件下信号的稳定性进行验证。结果表明:系统实现了对不同强度串扰信号的剥离;损伤定位误差为毫米级;温度和振动干扰引起的损伤指数较模拟损伤小1个数量级。该超声导波检测系统稳定性高、环境适应性强,可作为在线监测仪器用于高端装备承力结构的健康监测。

钢结构焊缝内部缺陷的超声波探伤检测技术应用

阐述焊缝内部缺陷对钢结构安全的影响,超声波探伤技术在焊缝检测中的优势,焊缝缺陷及超声波探伤技术中的TOFD检测和UT检测特点和应用,包括检测厚度、检测盲区、表面检测策略。

超声探伤仪计量耦合剂效能数值模拟及验证

采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件,分别分析三种常用工业超声探伤耦合剂水、机油、甘油对计量分辨力波形结果的增益效果,并针对耦合剂的厚度在0.1 mm、0.3 mm、0.5 mm、1.0 mm、1.3 mm时对响应波形影响进行分析,结果表明:耦合剂同一厚度时,使用机油的探伤回波响应强度大于甘油,使用甘油的回波强度大于水;随着耦合剂厚度呈梯度式变大,目标峰的回波强度随之减小;最后进行实际试验论证理论模型结果。

环形工件自动化超声C扫描设备的机械结构设计

针对环形工件,设计了一种自动化超声C扫描设备。介绍了这一设备的结构,对设备中升降机构、定位及夹紧机构、旋转机构的具体设计进行了分析。应用这一设备,可以完成环形工件内部缺陷的无损检测。

微小缺陷的非线性超声检测及其成像技术

采用通用超声检测设备并结合高通滤波技术获取了非线性超声的高次谐波信号,并将其用于薄板点焊焊核的微小缺陷检测及焊核的超声C扫描成像中。较之传统超声检测方法,采用非线性高次谐波检测薄板点焊焊核缺陷具有更高的时域分辨率及缺陷敏感度,能够更加准确的确定内部缺陷的位置及尺寸。此外,本研究还采用非线性高次谐波对薄板焊核进行超声成像分析,获得了清晰准确的焊核结构图像。非线性超声检测技术具有更高的检测效力,能够显著拓展检测系统的检测能力。

超声导波管道检测中导波模态及频率的选择

长距离管道超声导波检测技术是一种新的管道无损检测技术,可以对常规方法无法接近的管道进行快速检测,工程应用前景非常广阔．本文对管道超声导波检测过程中传感器的数量和布置间距对榆出导波信号的影响进行了讨论,并以纵向轴对称导波L(0,2)为例,就导波模态及频率的选择对检测效果及一次性检测长度的影响进行了研究．综合多方因素选择的最优试验频率即可作为现场管道试验的检测频率．

矩阵换能器超声三维成像方法研究

针对常规超声检测难以直观地显示被检对象缺陷的形状及走向等问题,开展矩阵换能器超声三维成像方法研究。超声三维成像技术具有直观显示被测对象内部缺陷三维特征的优点,基于矩阵换能器的超声三维成像方法具有扫查速度快、分辨率高等优点,是当前超声三维成像技术的研究热点。本文介绍了矩阵换能器体扫查原理及其控制方法;提出了矩阵换能器体扫查时三维体数据采集方法和数据融合算法;基于矩阵换能器和相控阵板卡系统对铝标样等试样进行了体扫查检测实验,采用等值面和体绘制两种算法对缺陷进行三维成像,并对单一缺陷进行了定量分析,定量精度较高。研究结果表明,矩阵换能器超声三维成像方法能够表征缺陷的三维形貌特征,在无需移动换能器的情况下便可实现缺陷三维检测,是超声三维检测的有效方法。

超声检测中裂纹型缺陷深度的智能识别

为了实现对裂纹型缺陷深度的定量识别,提高超声检测精度,引入小波分析和人工神经网络技术进行缺陷深度的智能识别.从超声检测的基本原理、缺陷深度表征量的确定、超声回波信号缺陷特征量的小波提取、神经网络的结构参数及训练和测试网络等方面,详细探讨了对裂纹型缺陷进行智能识别的方法,论证了运用神经网络进行缺陷智能定量识别的可行性,构造了智能识别实验系统,并利用该系统对所加工的含缺陷试样进行了定量识别试验与分析.结果表明,小波分析和人工神经网络技术的引入能够为超声检测缺陷的定量识别提供行之有效的途径.

线聚焦无镜头式聚偏氟乙烯超声探头的研制及V(f,z)分析法在表面波波速测量中的应用

线聚焦式超声材料性质表征系统可以对水浸试样漏表面波或类漏表面波的相速度进行精确的测量,但鉴于传统超声显微镜镜头的材料昂贵且制作困难,采用厚度为40?m的聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride,PVDF)压电薄膜作为激励/接收元件,设计、制作两个应用于声学显微系统的线聚焦无镜头式PVDF超声换能器,其中心频率分别为5 MHz和11 MHz。区别于传统超声显微镜高昂的设备费用与利用单频V(z)曲线测量空间振荡周期?z的方法,基于二维傅里叶变换开发出一种改进的适用于宽频的V(f,z)分析法,并发展建立一套成本较低的用于测量材料漏表面波波速的散焦试验系统。为测试换能器、算法和整体系统的性能,对抛光熔融石英进行非接触式水浸超声试验,利用V(f,z)分析法提取出表面波波速,并将试验结果与理论值进行对比,两者吻合较好。

可产生“任意”超声检测信号的方法

提出了一种实现超声检测中期望检测信号的方法。该方法采用自适应滤波解卷积计算获得期望检测信号所需的激励信号,通过将该激励信号施加在检测系统上获得期望的检测信号,达到检测信号的可控可调。实验获得了时宽带宽积达33的线性调频检测信号和信噪比达18.1 dB的单周期检测信号,达到期望要求。仿真分析表明,所实现的检测信号信噪比将随检测系统带宽的增加而增加。该方法可用于产生与检测目标相匹配的检测信号,提高超声检测性能。

超声检测技术的最新研究与应用

介绍了超声检测技术的最新进展,包括非接触超声检测方法、信号处理方法和模式识别技术在超声检测上的应用、研究热点和发展前景,对不同非接触超声检测方法进行了比较。超声检测新技术的出现,使得超声检测中定性、定位和定量的可靠性得到提高,也使在高温和复杂结构中的超声检测变成现实。

超声成象系统中信号处理和图象显示的方法

介绍NY-101超声成象仪中超声信号的计算机处理、缺陷图象实时显示和后处理的方法。该仪器不仅具有数字化超声波检测仪的功能,而且可以对缺陷进行实时C+A成象显示和图象的后处理。现场试验表明,该仪器可以提高缺陷定位、定量精度。

指数函数CORDIC算法的FPGA定点化技术

CORDIC算法广泛应用于多种超越函数求值,但其通用迭代算法难以用现场可编程门阵列(FPGA)计算宽范围定义域指数函数求解.为此,文中提出一种FPGA定点化技术,通过收敛域扩张与迭代结构优化实现CORDIC算法的指数函数求值器.首先,应用区间压缩方法实现指数函数CORDIC算法的收敛域扩张;其次,对CORDIC算法的迭代结构进行优化;最后,通过对指数函数求值器的仿真分析与FPGA实现,采用15级流水线结构,用双曲系统CORDIC算法求解指数函数,实现指数函数CORDIC算法的收敛域扩张.仿真与实验表明:相比于通用CORDIC算法,所提算法的迭代模式节省约1/3硬件资源,少至2个乘法单元,使收敛域由[-1.1182,1.1182]扩张到[-6,6],运算结果相对误差达10-3.

数字化超声探伤仪中超声信号高速采集技术

探讨了数字式超声探伤仪设计中一种对超声信号进行高速采集技术。根据超声回波信号重复性的特点,利用一只高速A/D(60MHz)转换芯片在N组特定时序信号的控制下对超声回波信号进行采集,并在CPLD(复杂可编程逻辑器件)的控制下实现高速数据缓冲存储,再利用相位合成技术对转换后的N组数据进行数据合成与波形重建,从而实现了数倍于A/D转换芯片速率的高速数据采集,达到等效A/D转换速率N×60MHz。该方案成本低,可靠性高,尤其适合于高速、高准确度的超声无损检测系统中。

基于杜芬混沌振子的磁致伸缩导波信号识别

在无损检测中,磁致伸缩导波技术已得到普遍应用。由于导波在波导中传播时会发生频散,使得信号能量在空间中散播,增加了检测小缺陷的难度。根据导波信号检测的特点,从系统输入输出特性出发,提出了基于杜芬混沌振子的导波信号识别方法。在考虑电磁脉冲的影响下,把钢绞线实验导波信号输入杜芬混沌系统,发现可以通过系统由大尺度周期状态到混沌状态的改变来辨识出小缺陷信号,为提高导波检测精度提供了一种方法。

基于PC的水浸式全数字化多通道自动超声波探伤系统

为检测厚壁无缝钢管中存在的缺陷,保证厚壁无缝钢管的质量,在分析厚壁无缝钢管的超声波探伤原理的基础上,设计并开发一套基于PC微机的厚壁无缝钢管水浸式全数字化多通道自动超声波探伤系统。采用双通道脉冲反射式纵波直探头检测厚壁管纵向、横向内外壁缺陷,扫描方式选取探头固定钢管螺旋前进的方式。现场实验表明:系统能准确检测出厚壁无缝钢管中存在的缺陷,性能满足设计要求。

超声波探伤线钢管对接电气控制系统的研制

介绍了一种国产超声波探伤线钢管对接电气控制系统的原理,并对该系统的理论根据、计算过程及硬件配置等进行阐述。该电气控制系统将动态距离问题转换成时间问题,利用PLC的计算和计时功能,实现探伤机要求的钢管无撞击精准跟踪。7年多的运行结果表明:该电气控制系统运行稳定、安全可靠,且经济效益显著,完全可以替代进口设备。

超声波水浸探伤中探头距工件的最佳距离及调整

介绍超声波在异型铝合金模锻件水浸探伤中,探头至工件表面最佳距离的确定及调整,并阐述了运用计算机技术、精密仪器和数控技术的优点。