一种测量液膜厚度的超声相控阵实验装置

气液两相流存在于核反应堆蒸发、飞行器冷却、化工生产降膜蒸发等过程,界面波的动态测量对工业过程监控和生产优化具有重要意义。界面波的准确识别与特性参数测量是开展科学研究与工程实践的重要前提。基于超声相控阵测量系统,设计了扇扫的测量方式,可以用于气液界面清晰的流型中液膜厚度和界面波形态三维测量。通过静态标定和圆管验证,确定了像素点和液膜厚度之间的关系,在气相表观流速为0.0719~0.4316 m/s,液相表观流速为0.0567~1.4161 m/s的工况下进行实时动态实验,获得了实时流动过程中较高精度的截面气液相界面信息,并构建了管道内部界面波三维分布形态,为界面波特性研究提供了一种实验参考方法。

压力容器小径支管角焊缝相控阵检测埋藏缺陷回波特性研究

采用CIVA仿真软件对实际规格的压力容器小径接管角焊缝模型进行了仿真分析,研究了球孔、横通孔、未熔合、未焊透和裂纹等典型缺陷的回波响应规律及特征,结果表明,相对于端角结构信号,不同缺陷的回波强度不同,面积型缺陷与声束角度90°时回波强度最大,同一类型缺陷位于不同位置时的回波强度差距明显,最大达到了13 dB。设计加工了典型缺陷的模拟试件,对5种典型缺陷的检测结果开展了试验分析,结果表明,试件中的缺陷均可被有效检测。总结了不同缺陷的回波特性变化规律,可为现场检测中的缺陷定性提供参考和依据。

太赫兹相控阵系统设计研究进展

太赫兹相控阵系统作为未来通信和雷达技术的核心支柱,在6G通信、卫星通信和超低延迟应用中具有广阔前景。本文综述了太赫兹相控阵系统的主要架构,包括中频移相、本振移相、基带移相和射频移相等方案,并分析了其在不同应用场景中的优缺点与技术挑战。特别关注基于CMOS工艺的太赫兹相控阵系统以及太赫兹相控阵收发器的研究进展,涵盖了从W波段到超过0.5 THz的设计突破。这些新兴技术为高频相控阵系统提供了新的设计思路,有望在未来超高速通信和低延迟应用中发挥关键作用。

管道超声相控阵全聚焦成像仿真及算法优化

针对厚壁管道内部缺陷识别困难、可视化差等问题,提出基于超声相控阵理论和全聚焦算法对厚壁管道内部缺陷进行图像重构。并针对全聚焦成像效率低的缺点,采用有限元法对外径为550 mm,壁厚为65 mm的厚壁管道超声相控阵全聚焦成像进行仿真,模拟缺陷检测过程和成像结果,并使用稀疏矩阵对算法进行优化。结果表明:在基本满足成像质量要求的情况下,采用激发中心频率为5 MHz,阵元宽度为0.5 mm,阵元间距为1 mm,阵元数量为32时,稀疏激发矩阵比全矩阵全聚焦成像效率提高了74.81%,有效提高了成像速度,满足全聚焦快速成像的需求。

航空铝合金薄板搅拌摩擦焊内部缺陷的超声相控阵检测

针对3 mm厚度下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测需求,基于典型缺陷特征以及缺陷对焊接接头性能的影响规律分析,明确了搅拌摩擦焊无损检测应重点关注的缺陷类型;设计了不同深度和尺寸的隧道以及未焊透缺陷模拟样件,利用模拟缺陷样件验证了超声相控阵检测技术对铝合金搅拌摩擦焊中1 mm埋深0.2 mm孔径的隧道缺陷以及1.6 mm埋深2 mm长、0.2 mm深未焊透缺陷的检测能力,对3 mm厚度下搅拌摩擦焊实际样件的检测结果与X射线检测结果及断口观察结果吻合,超声相控阵检测技术可以用于3 mm以下航空铝合金薄板搅拌摩擦焊焊缝的检测。

光学相控阵性能参数仿真分析与实验研究

详细介绍了一维光学相控阵的扫描特性,仿真分析了各参数之间的理论关系。通过各参数与波长之间的关系研究,可知波长调制实现纵向角度控制不会明显改变光学相控阵参数变化,论证在波导上刻蚀光栅,利用光栅的衍射特性可实现二维光学相控阵光束扫描。通过实验,实现了一种256通道光栅二维光学相控阵系统,验证了探测距离大于50 m,测距精度优于5 cm,光束发散角小于0.25°,在1515~1595 nm波长范围内,可实现41.2°×11.9°的二维扫描范围。这些理论分析和实验研究为该领域的科研工作者提供理论指导和技术支持,具有重要的应用价值。

大型轴承套圈超声相控阵曲面自适应聚焦与多通道自动化检测方法

大型轴承套圈作为风电、轨道交通、工程机械领域装备的关键部件,其制造过程中产生的裂纹、夹渣、孔洞等缺陷会严重影响装备整机的服役性能与质量安全。针对大型轴承套圈尺寸大和结构复杂等特点,研究了液固耦合曲面结构中阵列声场分布规律和超声相控阵曲面自适应聚焦法则,给出了大型轴承套圈超声相控阵分区检测方法,开发了大型轴承套圈超声相控阵自动化检测系统,对直径2958 mm的某型风电轴承套圈进行自动化检测应用验证,可有效检出套圈曲面试块的横通孔缺陷和套圈的平底孔缺陷。

太赫兹超材料相控阵天线波束宽度调控方法

太赫兹超材料相控阵由于其强大的波束操纵能力在探测与通信一体化系统中具有重要的应用价值。为了提升系统的通信和探测性能,需要太赫兹超材料相控阵能够实现宽波束和窄波束的灵活切换。提出了一种基于反相位间隔(反相)编码的太赫兹超材料相控阵天线波束宽度调控方法。通过天线3 dB波束宽度表达式和目标波束宽度逆推阵列规模,保持其相位编码不变并对该阵列规模外的其余阵元进行反相编码,旨在实现相位相反相消。仿真结果表明,所提方法可以准确地调控太赫兹超材料相控阵天线的波束宽度,实现宽波束和窄波束的灵活切换。

一种基于相控阵列天线的超高频射频识别相对定位方法

针对已有相对定位方法存在环境依赖程度大、定位精度低等问题,提出一种基于相控阵天线的超高频(UHF)射频识别(RFID)相对定位方法,该方法通过调节相控阵天线的激励参数来改变天线的辐射方向,以获取目标标签的收信场强轮廓,有效降低了系统对环境和场地的依赖程度;同时,提出一种基于轮廓陡峭程度的相对位置估计方法,该方法首先利用轮廓最高点的时间戳信息将目标标签分为两组,然后计算每一组标签的整体轮廓陡峭程度进而估计其相对位置。仿真结果表明:相比于传统相对定位方法,所提相对定位方法能够有效提高定位精度,降低排序偏差;在信噪比为20~30 dB时,性能提高了7.7%~21.6%。上述结果证实了本文方法的有效性。

机载有源相控阵火控雷达技术发展

机载火控雷达是战斗机平台获取信息的主要传感器,经历了测距机、脉冲雷达、脉冲多普勒雷达、相控阵雷达的发展历程。文中通过对现有战斗机火控雷达现状分析,结合未来战斗机平台作战需求分析等多个角度分析对机载火控雷达的需求和技术牵引,结合射频一体化、分布式探测、智能蒙皮、隐身探测和芯片化等新兴技术,展望未来机载火控雷达发展趋势,为后续机载火控雷达设计与研究提供参考借鉴。

Ka频段卫通收发共口径多波束相控阵封装天线设计

为满足卫星通信中双频共口径、高集成、多波束等要求,提出了一种基于封装天线(Antenna in Package, AIP)架构的Ka频段收发共口径多波束相控阵天线。天线以双频堆叠微带单元的形式实现了收发共口径,并通过天线集成滤波器保证了收发通道的隔离度优于44 dB。在±60°范围内,64元接收阵增益优于17.4 dB,128元发射阵增益优于20.2 dB,具有良好的波束扫描性能。为获得收发多波束一片式集成,在收发(Transmitter/Receiver, T/R)组件中使用晶圆级三维系统集成封装(Three Dimensions System in Package, 3D-SIP)并结合微凸点的制备技术,保证了系统级芯片(System-on-Chip, SOC)的高密度二次集成。高低频混压技术同样被应用于阵面、收发网络、控制供电链路的多层板集成。所提多波束的相控阵天线新架构具有高密度集成TR组件、多波束一体化、高效散热等特点,在卫星通信和数据链等方面具有广阔的应用前景。

应用于全固态激光雷达的光学相控阵技术发展趋势与挑战

应用于全固态激光雷达的光学相控阵是一种电控扫描的光束指向控制技术,具有宽视场、低功耗、轻量化的优异性能,在军事和民用领域发挥着越来越重要的作用。文章首先介绍了光学相控阵基本工作原理;回顾了近年来基于不同材料光学相控阵的国内外研究进展,主要包括:光波导相控阵(如LiTaO3晶体、GaAs/AIGaAs、PLZT电光陶瓷、Si等)和液晶光学相控阵;并对基于不同材料光学相控阵的优劣势进行对比分析;指出了研制高性能光学相控阵需要突破的关键技术;并给出了光学相控阵技术的发展趋势与挑战。

图书推荐《相控阵雷达技术》

采用相控阵天线的雷达称为相控阵雷达。相控阵天线具有波束指向、波束形状快速变化能力,易于形成多个波束,可在空间实现信号功率合成。这些特点使相控阵雷达可完成多种雷达功能,具有稳定跟踪多批高速运动目标的能力,在单部发射机功率受限制的条件下,也能获得要求的特大功率,为推远雷达作用距离、提高雷达测量精度和观测包括隐身目标在内的各种低可观测目标提供了技术潜力。

图书推荐《相控阵雷达技术》

采用相控阵天线的雷达称为相控阵雷达。相控阵天线具有波束指向、波束形状快速变化能力,易于形成多个波束,可在空间实现信号功率合成。这些特点使相控阵雷达可完成多种雷达功能,具有稳定跟踪多批高速运动目标的能力,在单部发射机功率受限制的条件下,也能获得要求的特大功率,为推远雷达作用距离、提高雷达测量精度和观测包括隐身目标在内的各种低可观测目标提供了技术潜力。

数模混合二维相控阵雷达远场收发校准方法研究

本文提出了一种基于最小系统设计准则的数模混合二维相控阵雷达远场收发校准方法,给出了实现流程、数据分析过程和实测结果。方向图的实测结果显示本文提出的校准方法得到的收发方向图主要技术指标良好且均满足使用要求,在实际工程中具有较好的操作性和推广性。

基于概率约束的超声相控阵输煤机工伤缺陷检测

输煤机常处于复杂且恶劣的运行环境中,对其外部探伤过程中,存在信息缺失和遮挡干扰,当前以固定阈值为基础的探查方法容易忽略出现各类工伤缺陷的概率波动,单一阈值很难描述这种概率波动,导致检测效果差。针对上述问题,该文提出超声相控阵技术下输煤机工伤缺陷检测方法。分析输煤机工伤缺陷事件类型,计算设备工伤缺陷事件发生概率。以缺陷概率为约束条件,基于超声相控阵列的几何参数,计算平面和凸面超声相控阵聚焦声压,确定回波信号的数据深度。遍历发射阵元和发射通道,通过比较设定阈值的幅度、信号峰值、谷值,判断输煤机是否发生工伤缺陷,实现工伤缺陷检测。实验结果表明,所提方法能够准确检测到输煤机中的所有工伤缺陷。

超声相控阵检测与CIVA仿真对比研究

锅炉制造、安装、检验过程中,复杂结构焊缝一般可利用超声相控阵检测技术实施有效检测,其检测工艺的选择对检测结果影响很大,针对特定工件及工艺,结合CIVA仿真可快速分析成像效果,对于工艺优化具有重要意义。采用CIVA软件实施相控阵A型试块特定区域缺陷孔的相控阵检测仿真,同时采用相同工艺开展实际相控阵检测,对比分析各缺陷孔定位定量精度。结果表明:CIVA仿真与实际检测结果差异较小,实际检测精度稍优于CIVA仿真。

基于相控阵合成孔径的颅骨轮廓快速测量算法研究

作为一项新兴的神经调控技术,经颅聚焦超声技术目前广泛应用于脑深部的神经调控与治疗中。颅骨的异形和声参数的极大差异性是导致聚焦超声穿透颅骨后实际焦点的偏移和焦域散焦的主要原因。本研究以合成孔径技术为基础,由相控阵发射超声信号并接收于颅骨内外轮廓反射的回波信号,同时计算得到颅骨轮廓点坐标,实现对颅骨轮廓的快速测量。建立仿真模型,并利用颅骨仿体对算法进行仿真与实验验证。仿真结果表明,颅骨模型外轮廓中心区域的最大探测误差为0.15 mm,边缘区域为0.4 mm;内轮廓中心区域最大探测误差为0.3 mm,边缘区域为0.5 mm。实验结果表明:颅骨仿体外轮廓中心区域的最大探测误差为0.4 mm,边缘区域为0.8 mm;内轮廓中心区域最大探测误差为0.6 mm,边缘区域为0.9 mm。所设计的颅骨轮廓快速测量算法能够实现在2 min内完成颅骨内外轮廓的精确测量,并控制最大测量误差在1 mm以内。与核磁共振扫描(MRI)以及电子计算机断层成像(CT)相比,降低了治疗成本和治疗时间,同时为下一步调整相控阵阵元发射延时,实现在颅内的实时精确聚焦,提供了新的方法和思路。

大径管异种金属焊缝超声相控阵检测技术

为解决奥氏体不锈钢晶粒粗大导致的异种金属焊缝超声检测信噪比差,缺陷定量不准确等问题,通过数值模拟和实际检测效果分析,确定了最佳的超声相控阵检测参数,采用制定的相控阵检测工艺对加工有预制缺陷的异种金属焊缝明测试块进行检测。试验结果表明:对于大部分面积型缺陷,从焊缝两侧均能检出,但部分具有方向性的缺陷仅能在焊缝的缺陷侧检出,对于气孔缺陷,检出效果较差。

C波段通信相控阵天线设计及关键技术研究

本文主要对应用于微波无线通信的相控阵天线共性技术进行研究,提出了一种收发全数字波束形成的新一代相控阵天线方案,设计了一套C波段256通道的高集成度数字相控阵天线系统。该系统主要由相控阵天线的布阵、数字化射频通道、DBF单元硬件处理平台、波束成形算法等部分组成,经过实验验证达到预期设计指标,具有良好的实用价值。