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CRH动车轮对超声相控阵全矩阵成像技术研究
| 论文题名： | CRH动车轮对超声相控阵全矩阵成像技术研究 |
| 关键词： | 列车车轮;无损检测;超声相控阵;全矩阵采集;全聚焦方法;软件开发 |
| 摘要： | 现有的列车车轮超声无损检测系统一般基于常规超声技术及相控阵波束形成聚焦扫查检测技术，其检测输出为B扫图像，检测分辨率低。超声相控阵全矩阵(Full MatrixCapture，FMC)检测技术因其充分利用相控阵列采集完备信息，通过全聚焦的方法(TotalFocusing Method，TFM)将检测信息完全恢复，其检测输出图像分辨率极高，但其检测效率很低。 本文通过研读大量文献资料，概括了超声相控阵FMC/TFM检测技术的研究进展和现状，在此基础上，依据超声波在物理空间的传播理论模型和TFM原理开发了FMC采集数据仿真分析软件，深入分析了超声相控阵聚焦的几何模型，基于超声阵列检测指标（Array Performance Indicator, API）的定义推导了评估检测对象可分辨聚焦恢复所需要的最少信息的A扫数目的准则关系式。本文还基于M2M公司的Multi2000超声相控阵设备及其远程控制服务器接口开发了超声相控阵全矩阵采集软件。 在现有文献研究成果的基础上，本文首先构建了FMC/TFM检测时间消耗模型并分析了影响其效率的主要因素，其次基于设计的仿真软件构建理论检测模型，并通过采集平台搭建检测模型的验证实验，分析并验证了超声阵列有效孔径对FMC/TFM检测性能的影响，分析并验证了FMC/TFM检测方法对不同深度横通孔缺陷检测性能的影响，基于合理的假设分析并验证了随机噪声对FMC/TFM检测性能的影响。 通过本文的大量仿真分析和实验验证表明，超声相控阵全矩阵采集检测孔径尺寸越大，检测性能越高，阵元数目越少，FMC/TFM检测效率越高。基于此结论，本文研究并验证了基于有效孔径增加的高效高分辨率检测方法，能够极大程度的改善FMC/TFM的检测效率并保证优良的检测性能。例如，利用64阵元的阵列探头采用FMC/TFM检测方法检测A型相控阵试块上深度为25mm、直径为2mm的横通孔，所有阵元参与检测时API为0.3199，TFM处理时间为105.113s，采用基于有效孔径增加的高效高分辨率检测方法将有效阵元优化为3时，API为0.2204，TFM处理时间为0.063s，可见在保持检测性能的同时TFM计算效率提高3个数量级。本文所改进的FMC/TFM检测方法在CRH车轮人工缺陷的检测实验中得到验证。 |
| 作者： | 彭华 |
| 专业： | 光学工程 |
| 导师： | 王泽勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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