Page 67 - 《应用声学》2021年第6期
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第 40 卷 第 6 期 刘志勇等： 幅度调制的非线性超声相控阵成像方法 863
0.3 合金 CT 试样疲劳加载至 70000 周时，在时间窗宽
和其他实验条件一定的前提下，在0.88 ∼ 1.1 ms 范
0.2
围内存在最佳延迟时间，能够将疲劳裂纹闭合部分
0.1
ᄱࠫድए/% 0 长度表征的精度最大化。
(3) 当延迟时间为 0.94 ms 时，表征的裂纹长度
-0.1 ᄱࠫድए 达到最大值 5.3 mm。此时，非线性超声相控阵成像
᛫ढ़ᄊᜈጯ᫂ए 方法表征的裂纹长度相对裂纹表面长度相对精度
̆ᜈጯ᛫᭧᫂ए
-0.2 最大提升了21.8%。
0.8 0.9 1.0 1.1 1.2
णᤍᫎ/ms
参 考 文 献
图 11 不同延迟时间下表征的裂纹长度相对精度
Fig. 11 Relative accuracy of crack length charac- [1] Thomas R, Drinkwater B W, Liaptsis D. The reflection
of ultrasound from partially contacting rough surfaces[J].
terized by different delay time
The Journal of the Acoustical Society of America, 2005,
117(2): 638–645.
分析认为，当延迟时间较小时，稳定的超声扩
[2] Nagy P B. Fatigue damage assessment by nonlinear ul-
散场尚未形成，故成像结果对裂纹长度的表征精度 trasonic materials characterization[J]. Ultrasonics, 1998,
较低，并随延迟时间的提高而升高；而延迟时间较 36(1): 375–381.
大时，形成扩散场的信号迅速衰减而影响了成像质 [3] 周正干, 刘斯明. 非线性无损检测技术的研究、应用和发展 [J].
机械工程学报, 2011, 47(8): 2–11.
量，故成像结果对裂纹长度的表征精度又将随延迟 Zhou Zhenggan, Liu Siming. Research, application and
时间的提高而降低。延迟时间过小或过大均会削弱 development of nonlinear non-destructive testing technol-
成像效果，对裂纹长度的评估造成较大误差，而在上 ogy[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2011,
10(1): 123–135.
述趋势下仅存在一处裂纹长度表征精度的峰值。因
[4] Ohara Y, Horinouchi S, Hashimoto M, et al. Nonlinear
此，当7075Al CT试样疲劳加载至70000周时，在时 ultrasonic imaging method for closed cracks using subtrac-
间窗宽和其他实验条件一定的前提下，存在一个合 tion of responses at different external loads[J]. Ultrasonics,
2011, 51(6): 661–666.
理的延迟时间范围 0.88 ∼ 1.1 ms，在此范围进行成
[5] Ohara Y. Development of nonlinear ultrasonic imaging
像时，非线性超声相控阵成像方法对疲劳裂纹闭合 method for accurate measurement of closed cracks[J]. ま
部分的表征精度最高。 てりあ, 2014, 53(3): 100–103.
[6] Ohara Y. Nonlinear ultrasonic imaging method for closed
cracks[J]. Journal of the Society of Mechanical Engineers
4 结论 2016, 119(1167): 92–93.
[7] Park C, Kim J, Cho S, et al. A high resolution approach
本文引入了一种基于幅度调制的非线性超声 for nonlinear sub-harmonic imaging[J]. NDT and E Inter-
相控阵成像方法来间接测量所有非线性分量，实现 national, 2016, 79: 114–122.
[8] Scalerandi M, Gliozzi A S, Bruno C L E, et al. Nonlinear
了 7075 铝合金疲劳裂纹闭合部分的定位成像和定
acoustic time reversal imaging using the scaling subtrac-
量表征。利用物理聚焦和虚拟聚焦两种聚焦模式 tion method[J]. Journal of Physics D: Applied Physics,
下超声扩散场的声能差作为非线性参量，对7075铝 2008, 41(21): 215404.
[9] Porcu M, Pieczonka L, Frau A, et al. Assessing the scal-
合金 CT 试样疲劳裂纹进行了实验测量。得到如下
ing subtraction method for impact damage detection in
结论： composite plates[J]. Journal of Nondestructive Evalua-
(1) 本文验证了在超声相控阵检测中，TFM 仅 tion, 2017, 36(2): 116.
局限于检测张开裂纹等宏观缺陷，对疲劳裂纹的闭 [10] Eckersley R, Chin C, Burns P. Optimising phase and
amplitude modulation schemes for imaging microbubble
合部分不敏感；相比 TFM，本文采用的非线性超声 contrast agents at low acoustic power[J]. Ultrasound in
相控阵成像方法对裂纹的闭合部分更加敏感，可以 Medicine & Biology, 2005, 31(2): 213–219.
较清晰地实现疲劳裂纹闭合部分的定位检测。 [11] Haupert S, Ohara Y, Carcreff E, et al. Fundamental wave
amplitude difference imaging for detection and charac-
(2) 基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方
terization of embedded cracks[J]. Ultrasonics, 2019, 96:
法可以较准确地表征疲劳裂纹的长度。当 7075 铝 132–139.
