基于旋转声场的高性能自动化在线超声无损检测理论与实践研究

本项目旨在探讨利用旋转检测声场实施对圆柱类部件或材料进行高性能自动化在线超声无损检测的理论和方法。主要研究内容包括：旋转检测声场作用下非规则缺陷散射声场和超声反射回波综合定量模型计算理论，具有声束覆盖率、信息携带量和各类缺陷敏感度等综合优化性能的三维旋转检测声场精确控制理论与方法，具备实时检测与定量表征之间柔性协调能力的高实时定量超声无损检测技术以及高性能自动化在线超声无损检测系统集成技术。.本项目的成功实施必将为圆柱类产品质量监控奠定重要的理论基础，同时也为该领域提供一种具有自主知识产权和关键的共性技术手段。研究成果将改变我国高性能自动化在线超声无损检测设备长期依赖进口的被动局面，在圆柱类产品质量自动化在线监控中得到直接应用，带动传统产业以及航空航天和高铁等高新技术行业的发展，而且相关理论和共性技术进一步推广,可方便延伸到其它对象应用，拓宽应用范围，创造更大的社会和经济效益。

本项目旨在探讨利用旋转检测声场实施对圆柱类部件或材料进行高性能自动化在线超声无损检测的理论和方法。在理论方面，揭示了旋转声场中非规则缺陷的散射机理，建立了任意旋转声场中多尺度非规则缺陷散射场的计算理论，完善了散射声场计算的理论体系，并有效提高其计算效率。同时，利用边界积分方程和曲面声场数据，有效分离多缺陷散射体存在环境中的声场，并通过模式匹配确定区域边界声场控制点目标值以及逆滤波计算声源阵列激励信号，创建了一种非自由空间内局部检测声场多标优化合成与控制理论，突破了超声检测非自由空间环境及声信号激励源受限布置所带来的挑战；在技术方面，提出了圆柱类部件频域合成孔径聚焦超声成像技术，解决了水浸环境及外扫查方式下圆柱类部件超声成像所面临叠层圆柱结构声场重建的技术障碍，具有高横向分辨率和高实时的成像能力，并提出了基于成像模型的超声图像正则化反演及基于参考信号估计的超声图像反卷积稀疏化等重建技术，进一步改善超声成像结果的横向和纵向分辨率。同时，在解决高频精度损失问题，发展一种改进型Thomson-Haskell算法用于声反射系数的计算理论以及实现一种基于宽频脉冲的二维声反射系数测量方法的基础上，提出并实现了基于声反射系数谱的缺陷多参数一体化定量检测技术，奠定了自动化在线定量超声无损检测的基础；在应用方面，研发了一套基于旋转声场的钢管自动化在线超声无损检测系统，成功应用于实际生产，实现了钢管质量在线定量化监控，在性价比、超声成像检测以及在墩粗钢管应用等方面具有明显的优势。.本项目的成功实施为圆柱类产品质量监控奠定了重要的理论基础，同时也为该领域提供了一种具有自主知识产权和关键的共性技术手段。