超聲相控陣可控強度發(fā)射系統(tǒng)相關技術的研究.pdf

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

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知識，并詳細闡述了超聲相控陣系統(tǒng)中動態(tài)聚焦、相控延時等技術的原理和實現(xiàn)方法。
　　 超聲波在介質中傳播的時候，由于材料阻尼效應的存在，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整后續(xù)驅動器激勵信號強度，從而達到缺陷處等強度效果的可控強度激發(fā)技術。設計了基于正

3、交異性壓電復合材料(OrthotropicPiezoelectric Composite Materials，OPCM)超聲相控陣換能器的超聲相控陣可控強度驅動系統(tǒng)，包括數字化超聲發(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)進行了初步的實驗驗證。
　　 對各陣元的發(fā)射相位延時進行精確控制是形成超聲相控陣發(fā)射波束的關鍵環(huán)節(jié)，在相控發(fā)射中，需要精確控制相位延時，從而實現(xiàn)動態(tài)聚焦、偏轉、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。分析了超聲相控陣系統(tǒng)中線性陣列換能器相控偏轉、相控聚焦延時算法，并利用DSP技術完成了相控算法的設計并通過仿真實驗進行了驗證。相控延時部分包括相控發(fā)射粗延時和相控發(fā)射細延時：相控發(fā)射粗延時通?；谙到y(tǒng)時鐘頻率，在66MHz的