鋼管自動(dòng)化相控陣超聲成像檢測關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、以鋼管為代表的管材是管道的主體材料，對國民經(jīng)濟(jì)和人民生活產(chǎn)生重大影響，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行性能和使用壽命，長期以來對無損檢測技術(shù)具有強(qiáng)烈需求。而在各種無損檢測方法中，超聲無損檢測技術(shù)以其對人體安全無害、攜帶聲學(xué)信息豐富以及易于與信息技術(shù)相結(jié)合等優(yōu)點(diǎn)，成為鋼管質(zhì)量監(jiān)控的有效手段，并正朝相控陣超聲無損檢測方向發(fā)展。特別是相控陣超聲無損檢測技術(shù)除傳承超聲檢測共性特點(diǎn)外，還具有波束柔性合成和自適應(yīng)控制能力，能夠有效減少檢測盲區(qū)，在鋼

2、管檢測中表現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢。但是，隨著鋼管生產(chǎn)應(yīng)用的規(guī)?；c質(zhì)量要求的嚴(yán)格化，傳統(tǒng)的手工檢測愈加難以適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展需要，業(yè)界對自動(dòng)化檢測的需求日益強(qiáng)烈?；谝陨媳尘?，本學(xué)位論文在國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于旋轉(zhuǎn)聲場的高性能自動(dòng)化在線超聲無損檢測理論與實(shí)踐研究”(NO.51175465)的資助下，提出開展鋼管自動(dòng)化相控陣超聲成像檢測關(guān)鍵技術(shù)研究。在分析相關(guān)檢測理論和工藝，實(shí)現(xiàn)鋼管內(nèi)相控陣檢測聲場建模的基礎(chǔ)上，解決實(shí)時(shí)高分辨率超聲成像及成像

3、結(jié)果友好表征等關(guān)鍵問題，并將機(jī)電一體化與相控陣超聲無損檢測技術(shù)相結(jié)合，研發(fā)一套鋼管在線相控陣超聲成像檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，為實(shí)現(xiàn)鋼管自動(dòng)化在線超聲成像檢測奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)。具體研究工作包括:
　　第一章論述鋼管在國民經(jīng)濟(jì)和人民生活中的重要地位以及開展鋼管相控陣超聲無損檢測的重要意義，系統(tǒng)總結(jié)相控陣超聲無損檢測相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。指出當(dāng)前鋼管檢測所存在的主要問題，明確本文的研究內(nèi)容，為后續(xù)章節(jié)的研究指明方向。

4、
　　第二章分析相控陣超聲波束的合成與控制原理，采用瑞麗積分法模擬液體介質(zhì)中的相控陣輻射聲場，并介紹常見的鋼管相控陣超聲成像技術(shù)。同時(shí)，提出鋼管自動(dòng)化相控陣超聲成像檢測系統(tǒng)的功能目標(biāo)，在此基礎(chǔ)上制定系統(tǒng)的總體方案，并規(guī)劃每個(gè)功能模塊的工作內(nèi)容和實(shí)現(xiàn)形式，為后續(xù)研究工作奠定理論及技術(shù)基礎(chǔ)。
　　第三章開展基于離散點(diǎn)源法的相控陣聲場建模技術(shù)研究。在利用離散點(diǎn)源建模理論對液體介質(zhì)和雙層液固介質(zhì)中的輻射位移場進(jìn)行數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上，針

5、對鋼管自動(dòng)化相控陣超聲無損檢測應(yīng)用的特點(diǎn)，完成楔塊-鋼管疊層結(jié)構(gòu)介質(zhì)內(nèi)相控陣超聲檢測聲場的理論計(jì)算，并分析不同換能器參數(shù)對相控陣超聲檢測聲場的影響，達(dá)到優(yōu)化檢測參數(shù)及實(shí)現(xiàn)聲束在鋼管感興趣區(qū)域內(nèi)聚焦的目的。
　　第四章開展鋼管相控陣超聲成像及其結(jié)果友好表征技術(shù)的研究。針對螺旋掃查成像的特點(diǎn)及實(shí)際螺距非均勻性的問題，在對A掃描檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)提取的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)型雙線性內(nèi)插法將提取后的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)重采樣，有效建立空間坐標(biāo)與檢測數(shù)據(jù)之

6、間的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)螺旋掃查方式下的鋼管相控陣超聲C成像。同時(shí)，采用分區(qū)RGB顏色映射的策略，高對比度分辨率轉(zhuǎn)換成像數(shù)據(jù)，達(dá)到友好表征鋼管相控陣超聲成像結(jié)果的目的。
　　第五章基于分布式體系結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計(jì)策略，以自主研發(fā)的多通道相控陣檢測儀為功能核心部件，在完成相關(guān)硬件和上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)開發(fā)的基礎(chǔ)上，成功研發(fā)出一套鋼管自動(dòng)化在線相控陣超聲成像檢測實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。同時(shí)，利用所研發(fā)的系統(tǒng)對無縫鋼管開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，以驗(yàn)證本文相關(guān)理論與技術(shù)的可