應(yīng)用案例

【概述】

本研究中使用前置放大器，搭建超聲換能器校準(zhǔn)系統(tǒng)和超聲換能器水下聲場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)。為提升超聲無(wú)損檢測(cè)中缺陷檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，本研究針對(duì)超聲換能器測(cè)量特性參數(shù)校準(zhǔn)、水下聲場(chǎng)特性分析及鋼板內(nèi)部缺陷檢測(cè)展開(kāi)工作。通過(guò)信號(hào)處理算法、聲場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)及去噪方法，實(shí)現(xiàn)了換能器特性參數(shù)的高精度估計(jì)、聲場(chǎng)的可視化與重構(gòu)，以及鋼板內(nèi)部缺陷的精準(zhǔn)定位，為超聲檢測(cè)技術(shù)的工程化應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。

實(shí)驗(yàn)名稱：超聲換能器校準(zhǔn)及鋼板內(nèi)部缺陷檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/span>本研究旨在通過(guò)基于標(biāo)準(zhǔn)試塊的脈沖反射法校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)和水聽(tīng)器法水下聲場(chǎng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)，校準(zhǔn)超聲換能器的中心頻率、帶寬、回波到達(dá)時(shí)間等測(cè)量特性參數(shù)，以及焦距、波束寬度等聲場(chǎng)特性參數(shù)，并利用B-樣條插值實(shí)現(xiàn)水下三維聲場(chǎng)重構(gòu)；最終將校準(zhǔn)后的換能器用于鋼板檢測(cè)，通過(guò)提出的去噪方法實(shí)現(xiàn)內(nèi)部缺陷的準(zhǔn)確識(shí)別與定位。

測(cè)試設(shè)備：超聲換能器、脈沖收發(fā)儀、示波器、水聽(tīng)器、ATA-5620前置微小信號(hào)放大器、上位機(jī)、水槽、空間機(jī)械定位系統(tǒng)、伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制系統(tǒng)、信號(hào)處理軟件（MATLAB）以及標(biāo)準(zhǔn)試塊和含內(nèi)部缺陷的鋼板試件。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：首先搭建基于標(biāo)準(zhǔn)試塊的超聲換能器校準(zhǔn)系統(tǒng)，采集校準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解（EMD）和樣本熵進(jìn)行預(yù)處理，再結(jié)合同步提取變換、高斯曲線擬合和人工蜂群優(yōu)化算法估計(jì)測(cè)量特性參數(shù)。隨后，搭建超聲換能器水下聲場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)水聽(tīng)器掃描獲取軸向和徑向聲場(chǎng)數(shù)據(jù)，利用MATLAB進(jìn)行聲場(chǎng)可視化，并基于三次樣條插值和RANSAC算法校準(zhǔn)波束寬度等參數(shù)，最后采用B-樣條插值算法實(shí)現(xiàn)了水下三維聲場(chǎng)的重構(gòu)。在鋼板缺陷檢測(cè)應(yīng)用中，利用所述換能器采集缺陷信號(hào)，并采用基于動(dòng)態(tài)局部熵的多區(qū)間去噪方法進(jìn)行處理，最終通過(guò)計(jì)算回波到達(dá)時(shí)間實(shí)現(xiàn)缺陷定位。

圖1超聲換能器校準(zhǔn)系統(tǒng)

圖2超聲換能器水下聲場(chǎng)測(cè)量示意圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：所提出的數(shù)據(jù)-模型聯(lián)合驅(qū)動(dòng)測(cè)量特性參數(shù)估計(jì)方法，在仿真實(shí)驗(yàn)中校準(zhǔn)誤差小于4%，在低信噪比條件下仍具強(qiáng)魯棒性；基于水聽(tīng)器的聲場(chǎng)測(cè)量與插值方法，實(shí)現(xiàn)了波束寬度等參數(shù)的高精度校準(zhǔn)（如-6dB波束寬度誤差為0.47%）及水下三維聲場(chǎng)的有效重構(gòu)；基于動(dòng)態(tài)局部熵的鋼板缺陷檢測(cè)信號(hào)去噪方法，顯著提升了信號(hào)質(zhì)量，并成功應(yīng)用于鋼板內(nèi)部缺陷的精準(zhǔn)定位。

圖3不同信噪比條件的仿真校準(zhǔn)信號(hào)

圖4不同信噪比檢測(cè)信號(hào)回波到達(dá)時(shí)間估計(jì)結(jié)果

圖5鋼板缺陷超聲檢測(cè)信號(hào)重構(gòu)

安泰放大器在此應(yīng)用中的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

一、超寬頻帶——精準(zhǔn)覆蓋超聲換能器及水聽(tīng)器的全頻段響應(yīng)需求

二、高增益與極低噪聲設(shè)計(jì)——在嘈雜環(huán)境下有效提取微弱超聲信號(hào)

三、標(biāo)準(zhǔn)化接口——保障水聽(tīng)器至采集系統(tǒng)的信號(hào)完整性

【推薦產(chǎn)品】：ATA-5000系列前置微小信號(hào)放大器

圖：ATA-5000系列前置微小信號(hào)放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號(hào)源、前置微小信號(hào)放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測(cè)試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。如想了解更多功率放大器等產(chǎn)品，請(qǐng)持續(xù)關(guān)注安泰電子官網(wǎng)m.fjiakun.cn或撥打029-88865020。

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