超聲相控陣可控強(qiáng)度發(fā)射系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的研究.pdf

1、超聲相控陣無損檢測技術(shù)通過對超聲陣列換能器中各陣元進(jìn)行相位控制，獲得靈活可控的合成波束，從而實(shí)現(xiàn)高速、全方位和多角度地對機(jī)械結(jié)構(gòu)及零部件進(jìn)行損傷檢測。它具有能夠進(jìn)行動態(tài)聚焦、可進(jìn)行成像檢測、可以檢測復(fù)雜形狀物體、能提高檢測靈敏度、分辨力和信噪比的多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，近年來已成為國際無損檢測界的研究熱點(diǎn)。國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域超聲相控陣檢測技術(shù)尚處在起步階段，本課題以超聲相控陣探傷理論為基礎(chǔ)，進(jìn)行了針對超聲相控陣探傷系統(tǒng)中超聲相控發(fā)射相關(guān)技術(shù)研究。
　

2、　 本文在概述了超聲相控陣的發(fā)展歷史和發(fā)展現(xiàn)狀后，說明了相控陣超聲檢測的研究意義以及超聲相控陣探傷理論的相關(guān)知識，并詳細(xì)闡述了超聲相控陣系統(tǒng)中動態(tài)聚焦、相控延時等技術(shù)的原理和實(shí)現(xiàn)方法。
　　 超聲波在介質(zhì)中傳播的時候，由于材料阻尼效應(yīng)的存在，超聲波的能量隨著傳播距離的增加將逐漸衰減，這將嚴(yán)重影響工件的損傷檢出率。對此本文提出了利用缺陷的回波信息調(diào)整后續(xù)驅(qū)動器激勵信號強(qiáng)度，從而達(dá)到缺陷處等強(qiáng)度效果的可控強(qiáng)度激發(fā)技術(shù)。設(shè)計了基于正

3、交異性壓電復(fù)合材料(OrthotropicPiezoelectric Composite Materials，OPCM)超聲相控陣換能器的超聲相控陣可控強(qiáng)度驅(qū)動系統(tǒng)，包括數(shù)字化超聲發(fā)射波束形成、低噪聲的程控放大和信號的高頻功放，并對系統(tǒng)進(jìn)行了初步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　 對各陣元的發(fā)射相位延時進(jìn)行精確控制是形成超聲相控陣發(fā)射波束的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，在相控發(fā)射中，需要精確控制相位延時，從而實(shí)現(xiàn)動態(tài)聚焦、偏轉(zhuǎn)、聲束形成等各種相控效果。理論分析顯示

4、，只有盡力提高相位延時的精度、分辨率和穩(wěn)定性才能顯著地抑制旁瓣。
　　 本文研究了基于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的超聲相控延時算法和相位延時技術(shù)。分析了超聲相控陣系統(tǒng)中線性陣列換能器相控偏轉(zhuǎn)、相控聚焦延時算法，并利用DSP技術(shù)完成了相控算法的設(shè)計并通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。相控延時部分包括相控發(fā)射粗延時和相控發(fā)射細(xì)延時：相控發(fā)射粗延時通?；谙到y(tǒng)時鐘頻率，在66MHz的