基于不同相控聚焦模式的非线性超声阵列成像方法研究.pdf

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1、第52卷第14期机械工程学报Vol.52No.142016年7月JOURNALOFMECHANICALENGINEERINGJul.2016DOI：10.3901/JME.2016.14.015基于不同相控聚焦模式的非线性超声阵列*成像方法研究焦敬品杨素方马婷何存富吴斌(北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124)摘要：发展一种用于缺陷定位的非线性超声阵列成像方法。研究聚焦声场的时间-空间传播特点以及形成扩散声场的条件，分析并行聚焦和顺序聚焦的扩散声场声动能与非线性效应的关系，提出利用超声阵列在

2、两种聚焦模式下激励带宽内(基波)声动能差值表征的非线性超声成像方法。进一步研究时延及时间窗宽对两种检测模式的扩散声动能及非线性成像的影响，优化出有效的非线性成像参数。结果表明：时延的选择对成像结果影响较大，时间窗宽的选择对成像结果影响较小；在一定时延范围内，均可以形成稳定的扩散声场，在该时延范围内可以较好实现微裂纹检测。利用提出的非线性超声阵列成像方法很好地实现了结构中微裂纹检测及成像。关键词：非线性成像；相控阵；扩散声场；聚焦方式；超声阵列中图分类号：TG156NonlinearImagingUsingU

3、ltrasonicArrayunderDifferentPhasedModeJIAOJingpinYANGSufangMATingHECunfuWUBin(CollegeofMechanicalEngineeringandAppliedElectronicsTechnology,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100124)Abstract：Anonlinearultrasonicarrayimagingmethodusedforthedefectloacation

4、isdeveloped.Thepropagationcharacteristicsofthefocusingacousticfieldintime-spacedomainandtheconditionstogeneratethediffusionacousticfieldareinvestigated,thentherelationshipbetweenthediffusedacousticenergyintwodifferentphasedmode,parallelandsequentialfocusin

5、g,andthenonlineareffectsisanalyzed,andanonlinearultrasonicimagingmethodisproposed,inwhichthedifferenceofacousticenergyoftwophasedmodeswithintheexcitationbandwidth(fundamentalwave)isconsideredascharacteristicparameterforimaging.Theinfluenceoftimedelayandtim

6、ewindowfordiffusefieldsoundenergyandnonlinearimagingarestudied,andtheoptimalparametersfornonlinearimagingareobtained.Thetimedelayhasgreatinfluenceonthenonlinearimaging,howeverthewidthofwindowhaslittleeffectonthenonlinearimaging.Overarangeoftimedelay,thedif

7、fusionacousticfieldisstable,thereforethemicro-crackcanbedetectedeffectively.Itisdemonstratedthattheproposednonlinearimagingtechniqueisaneffectivemethodformicro-crackdetection.Keywords：nonlinearimaging；phased-array；diffusionacousticfield；phasedmode；ultrason

8、icarray非线性超声技术主要关注材料的非线性声学响应，10前言依据检测信号中非激励带宽内其他频率分量的变化进行损伤检测。非线性超声技术因对结构中早期损利用超声波传播过程中遇到缺陷时的反射、散伤，如疲劳、微裂纹、微应变等具有高的敏感性而[3-6]射和衰减等线性特征，传统超声波技术可很好实现备受关注。但这些研究大多基于传播路径上非线结构中体积型缺陷(如孔洞)及开口裂纹等的检测，性超声波的累积效应，无法实现早期损伤