幅度调制的非线性超声相控阵成像方法∗

刘志勇 滕 达 项延训

(华东理工大学 上海 200237)

0 引言

超声相控阵是一种超声检测和成像技术，在工业无损检测领域具有较强的适用性，广泛用于构件内部裂纹、孔洞等缺陷的定位和成像。近年来对于工业结构中损伤和缺陷检测的精度要求逐渐提高，而对于一些不易产生超声回波响应的缺陷(如闭合裂纹等)，传统超声相控阵检测技术容易发生漏检，不利于突发性事故的预防[1]。非线性超声信号因对结构中早期损伤、材料性能退化、微小缺陷等具有高敏感性而备受学者和行业关注[2−3]。将非线性超声方法应用于超声相控阵检测技术，在闭合裂纹的定位与成像检测方面将极具潜力。常规非线性超声方法是基于对由裂纹面的接触振动产生的特定非线性分量的测量。由于带宽限制(相控阵在其中心频率附近具有有限的带宽)和高衰减特性(较高频率的高次谐波在返回阵列换能器之前会迅速减小)，很难在一般实验条件下直接测量和提取具有不同频率(例如f/2、2f、3f···)的非线性分量。因此，以次谐波和高次谐波作为非线性参量研究非线性超声相控阵是比较困难的。例如，Ohara等[4−6]采用次谐波分量接收信号进行了一系列研究用于闭合裂纹成像，但是仍难以克服分辨率较低的问题。韩国标准与科学研究所引入了一种超分辨率法(MUSIC)以解决次谐波分量分辨率较低的问题，但这种次谐波产生的条件仍较为苛刻[7]。

另一方面，提出了一种利用基波响应的幅度依赖性间接测量所有非线性分量的方法。……