基于分割环阵的CFRP分层缺陷超声全聚焦成像

碳纤维复合材料在钻孔加工时易产生分层缺陷,分层缺陷严重影响了构件的力学性能,存在严重的安全隐患。针对碳纤维复合材料孔边分层缺陷的检测,提出一种基于分割环形阵列的1/4矩阵全聚焦成像方法。设计了R4×S8、R3×S12、R3×S16和R4×S12四种分割环形阵列结构,通过数值仿真对比分析了各阵列的聚焦声场特点,最终确定分割环阵探头为5 MHz的R4×S12探头。使用该探头对碳纤维复合材料孔边分层试块的上层、中层、下层缺陷进行全矩阵采集,利用VTK工具包分别进行全矩阵三维成像和1/4矩阵三维成像。结果表明,1/4矩阵方法比全矩阵方法三维成像的缺陷对比度更高,1/4矩阵方法的缺陷尺寸表征误差更小,误差不超过6%。与全矩阵成像相比,1/4矩阵成像信噪比提升范围为3.43~7.61 dB,有效提升了图像质量。

相控阵超声相位相干成像(PCI)检测原理及应用

为了了解相控阵超声相位相干成像(PCI)检测技术在工业无损检测应用中的效果及特点,详细介绍了相控阵超声全聚焦成像与相位相干成像(PCI)检测技术的基本原理,从原理上分析了PCI检测技术与全聚焦成像检测技术的差异性。通过试验测试了PCI检测技术对点状缺陷、面状缺陷与体积状缺陷的检测特点及效果,根据得到的检测效果,展示了PCI检测技术对于不同类型缺陷的检测优势与不足,以推动该技术在工业无损检测中的正确应用。

钛焊缝的对置串列PCI与脉冲回波TFM组合检测

随着近年来PCI技术及TFM技术的发展与应用,与FMC及PWI所对应的数据处理方式已日渐丰富,从原先优化定性的辅助工具逐步转变为可用于实际检测的整套先进技术。针对钛焊缝检测中PCI技术与TFM技术的组合使用开展了相关分析,进行了二者与FMC和PWI配合使用的不同结合方式的对比试验。结果表明,采用PWI-TFM与对置串列PWI/FMC-PCI组合检测方式,能够优化钛焊缝检测效率与成像质量。

超声全矩阵数据联合稀疏重构的多测量向量模型应用

针对单测量向量模型等传统压缩感知方法处理超声全矩阵捕捉数据时,存在重构精度低和重构耗时长等问题,该文研究了多测量向量模型应用的可行性。针对铝合金试块中不同深度的Ф2mm横通孔,分别使用多测量向量模型中的多测量稀疏贝叶斯算法和单测量向量模型中的稀疏贝叶斯算法进行超声全矩阵数据重构,并实施全聚焦成像。随后,引入归一化均方误差和阵列性能因子评价图像和信号的重构效果。实验结果表明,稀疏贝叶斯算法在25%采样率时的归一化均方误差为1.9%,而多测量稀疏贝叶斯算法仅需15%采样率即可达到相似效果且耗时更少。

基于半稀疏矩阵的聚乙烯管超声阵列全聚焦成像实验分析

高密度聚乙烯管广泛用于燃气输送等领域,其热熔接头的焊接质量直接影响管道系统的安全。采用全聚焦成像方法对高密度聚乙烯试块的横通孔缺陷进行成像实验,通过对检测信号进行信号预处理,提高全聚焦成像的效果,并提出一种基于半稀疏矩阵采集的超声阵列全聚焦成像方式,将该方式与基于全矩阵、半矩阵和稀疏矩阵采集方式的全聚焦成像结果进行比较。实验结果显示,基于半稀疏矩阵采集的全聚焦成像方法可有效降低计算量,提高实时检测效率,同样能够用于高密度聚乙烯材料中横通孔缺陷的重构且成像信噪比无明显降低。

相控阵超声检测技术中的全聚焦成像算法及其校准研究

相控阵超声检测技术中的全聚焦成像算法是一种基于全矩阵数据的虚拟聚焦后处理成像技术,因其具有精度高、算法灵活等优点成为近年来的研究热点。为了解决该算法在楔块耦合检测模式下的校准问题,介绍全矩阵数据及全聚焦成像算法的基本概念,通过对所存在问题的分析,建立双层介质的能量衰减模型;从指向性、透射和扩散三个方面分析声束传播路径上的能量衰减,计算衰减校准系数,提出基于校准的改进算法;分别采用未校准、平方根校准和自建模型校准的三种全聚焦算法对B型相控阵标准试块进行检测成像试验,从试验结果可以看出,平方根校准的算法能适当修正大声程的能量衰减,而自建模型校准的算法对于大声程、大偏转角的能量衰减都有较好的改善,使图像的能量更加均匀;此外,相比未校准和平方根校准,自建模型校准的算法具有更大的检测角度范围,有能力检测出大偏转角的缺陷。研究工作表明,校准后的全聚焦成像算法能够扩大检测角度范围、改善图像的能量均匀性,检测漏检率及缺陷定量误差得到有效降低。

基于稀疏矩阵的两层介质超声相控阵全聚焦成像

超声相控阵全聚焦成像算法具有精度高、全范围动态聚焦的优点,但存在的成像耗时长问题限制了其实际工业应用。为提高实际检测中相控阵全聚焦成像效率,以常用的楔块耦合检测为例,基于Fermat原理计算两层介质下各阵元的延迟时间,建立两层介质相控阵全聚焦成像算法。通过减少发射/接收阵元数,以与全矩阵下具有一致的有效孔径为条件,研究发射/接收阵元分布的权重函数,建立两层介质修正稀疏全聚焦算法。以弧形分布的侧边孔为例,进行了两层介质的全聚焦成像及稀疏全聚焦成像试验,并讨论了稀疏发射阵列对缺陷定量精度及全聚焦算法计算效率的影响。结果表明:修正稀疏全聚焦算法可在保证成像精度前提下显著提高成像效率。对于32阵元换能器,当稀疏发射阵元数达到8时,稀疏矩阵相对于全矩阵的误差值在5.2%以内,但计算效率提高了近4倍。

基于全模式全聚焦方法的裂纹超声成像定量检测

利用超声成像方法对关注区域成像,对获取缺陷形状、尺度和取向等特征具有重要意义。考虑了21种不同声束路径的模式波,复合叠加各重建点能量最强信号,提出全模式全聚焦方法(FTFM)。利用一组探头楔块,通过一次信号采集实现未知裂纹的轮廓重建与定量检测。针对厚度40 mm碳钢中长度4 mm,中心深度25 mm,取向角度分别为0°、±20°、±50°和±80°的裂纹,采用64阵元、中心频率5 MHz线阵探头配合45°纵波楔块实施全矩阵捕捉(FMC)和FTFM成像,仿真和实验均重建了裂纹完整轮廓,裂纹长度、取向和中心深度定量误差分别不超过0.60 mm、2.39°和0.73 mm。最后,为保证FTFM成像质量,检测时应合理选择相控阵探头参数,并移动探头至最佳位置处采集FMC信号。

基于全矩阵数据的阵列超声检测与评价技术研究和应用概述

全矩阵数据是阵列超声换能器以特殊的激发接收模式工作时,从被测试件内部采集到的所有超声A型信号构成的集合。基于全矩阵数据的阵列超声无损检测与评价方法采用特定算法对全矩阵数据进行后处理运算,实现被测试件内部缺陷的成像和定量。与基于相位控制的常规阵列超声检测技术相比,基于全矩阵数据的阵列超声检测方法具有更高的缺陷成像及定量精度,可针对具有复杂几何外形或者复杂材料属性的被测试件进行检测与评价算法的定制,是近年来阵列超声检测与评价技术的研究热点和发展方向。对基于全矩阵数据的阵列超声检测与评价技术的基本原理、典型算法、关键技术以及应用案例进行了系统概述,旨在推广该项技术和降低使用门槛,为我国高端制造领域存在的无损检测与评价难题提供新思路和新方法。

超声相控阵全聚焦法成像检测

超声相控阵全聚焦法(TFM)是用全矩阵捕获模式(FMC)获取的数据来进行信号处理的,所有计算均以30帧/s的刷新率完成。与标准相控阵法相比,全聚焦法成像分辨力甚高,能优化缺陷的定位、定量、表征等,并可对形状复杂试件进行检测。综述了超声相控阵全聚焦法成像检测的典型工业应用,并作了相关讨论,以供国内同行借鉴。

航空铝试块疲劳裂纹相控阵超声成像检测

表面疲劳裂纹扩展可导致结构失效,利用相控阵超声成像技术监测疲劳裂纹,获取结构完整性评价所需裂纹信息,可及时对结构失效提出安全预警。采用三点弯曲疲劳试验法在航空铝试块上生长疲劳裂纹,对裂纹开口面材料进行逐步切削来获得不同长度的疲劳裂纹,利用相控阵超声全矩阵采集(FMC)和全聚焦方法(TFM)获得的裂纹尖端和开口图像信息来监测裂纹扩展和测量裂纹长度,并测试了相控阵超声探头放置位置、裂纹张开/闭合、裂纹表面粗糙度对超声成像检测效果的影响。研究结果表明:相控阵超声探头从裂纹侧面入射检测能更好地对裂纹进行超声成像,并真实反映材料内部裂纹扩展前缘形貌。当疲劳裂纹长度大于3倍超声波长时,裂纹尖端和开口图像完全分离,相控阵超声全矩阵采集和全聚焦成像技术可有效测量裂纹长度,测量误差小于0.2 mm。相比裂纹张开时,疲劳裂纹闭合效应会使裂纹尖端超声图像信号减弱4.5 dB,长度测量值小0.6 mm。

超声相控阵全聚焦成像算法比较分析

先进的成像算法推动了超声相控阵技术的发展,全聚焦方法(Total Focusing Method,TFM)是一种基于全矩阵捕获的虚拟聚焦后处理及缺陷图像重构算法。文章基于一维线阵相控阵纵波探头全矩阵数据模式,利用Matlab软件结合Field II自带开源函数包编写了算法程序,比较了TFM和1/2矩阵方法成像效果并对缺陷分辨率影响因素进行分析,最后用标准试块对算法进行实验验证。仿真结果表明,TFM和1/2矩阵方法都能用于缺陷重构且效果无明显差异,激励脉冲的宽度和频率对图像分辨率影响较大;实验表明,1/2矩阵的成像方法虽可有效降低计算数据量,但同时也丢失了检测区边缘处缺陷的部分信息,因而成像效果较TFM稍差。

高密度聚乙烯管热熔接头的全聚焦成像实验分析

基于全矩阵数据捕获(FMC),利用全聚焦(TFM)成像技术,对高密度聚乙烯(HDPE)试块中不同深度(10~50 mm)的预制横通孔缺陷进行了全聚焦成像实验分析。在MATLAB软件中编写了全聚焦成像算法,并将全聚焦成像效果与超声相控阵扇形扫描成像效果进行比较。研究结果表明:全聚焦超声成像方法对于HDPE试块内部的横通孔缺陷,能够较好地实现缺陷位置的定位。在5 MHz频率探头的条件下,检测深度达到50 mm以上,深度定位误差在2 mm以内。相比于超声相控阵扇扫方法,本文方法的∅1 mm缺陷最大幅值标准差从16.8 dB降低到了7.5 dB,∅2 mm缺陷的最大幅值标准差从21.0 dB降低到了6.2 dB,有2~3倍的提升。

全矩阵捕获和全聚焦法检测标准化新动态

双全法所得图像分辨率优,保真度好,信噪比高。其数据采集,信息处理,成像路径,灵敏度校正,网格验证,显示识别,补偿修正等过程是规范化操作的关键。通过解读国际标准草案ISO/DIS 23865:2020,介绍了超声"双全法"——全矩阵捕获(FMC)和全聚焦法(TFM)检测技术标准化最新动态。为标准化双全法高新技术在国内承压设备在制、在役检测中的应用提供了借鉴。

相控阵三维全聚焦成像检测技术

由于全聚焦成像技术主要集中于使用一维线阵实现二维全聚焦成像,文中基于二维面阵将全聚焦算法扩展至三维,并利用现场可编程门阵列的高速并行运算能力实现硬件的全聚焦过程,检测图像的刷新率高达20帧·s-1,数据实时处理能力约为每秒2G字节,从真正意义上实现了实时三维全聚焦成像检测。通过仿真及系统试验表明,相比二维全聚焦成像结果,三维全聚焦成像结果更加直观,能够真实还原缺陷的整体结构。

超声相控阵与全聚焦法成像特性比照评析

综述超声相控阵(PAUT)与全聚焦法(TFM)成像特性,给出了焊接试样缺陷显示实例。依据比照评析结果,提议:焊缝全覆盖检测宜用PAUT,重要缺陷区或关键区宜用TFM,以改善缺陷定量、表征结果。

新一代超声相控阵双全法成像检测

新一代超声相控阵全聚焦法(TFM)是用全矩阵捕获模式(FMC)所获数据进行信号处理的算法。所有计算均以每秒30帧刷新率完成。与标准相控阵法相比,TFM与FMC并用的"双全法"成像分辨力甚高,能优化缺陷定位、定量、表征,并可应对形状复杂试件的检测。本文综述超声相控阵"双全法"成像检测典型案例,并作相关讨论,以供业界推广应用借鉴。

管环缝相控阵双全法超声检测

介绍超声"双全"法-相控阵全矩阵捕获(FMC)和全聚焦法(TFM)用于管环缝检测。用相关算法和低成本传感器配置,可使具有曲面几何特征的管环缝检测,一快二准。本文意在为当今新一代相控阵法-超声"双全"法的推行,提供实用新案例。

相控阵"双全"法成像系统校验程序评述

评述相控阵"双全"法-即全矩阵捕获与全聚焦法成像系统校验程序。借此程序,能修正成像检测区因声波指向性和声束扩散引起的变异,使同尺寸反射体信号在不同位置显示相同像强。本文意在为推行相控阵"双全法"规范化检测抛砖引玉。

全聚焦法焊缝检测灵敏度特性

全聚焦法(TFM)是用后处理算法增强的超声技术。基于全矩阵捕获(FMC)采集数据,由TFM生成的图像几乎聚焦在每个像素上,因而能提高缺陷检出率,改善缺陷定量和表征技术。本文评析焊缝检测中某些方向性面型缺陷引起的信号波幅变化,并对此与其他技术——超声相控阵检测(PAUT)、射线检测(RT)和金相检测结果作了比较。强调声传播模式适当选定对方向性面型缺陷TFM成像质量的重要性。最后还研讨了影响全聚焦法检测灵敏度特性的其他若干要素。