Page 25 - 2024中国无损检测年度报告

计算结果，提出了一种双边激励方法。采用一种 究提出了一种基于金属壁有限元模型和压电材料
优化的延迟乘和（DMAS）波束形成方法对缺 双端口网络传输矩阵解析模型的半解析 UPT 建模
陷进行成像。优化工作包括优化数学表达式，将 方法。该模型能够实现复杂 UPT 系统的精确仿真
矩阵运算与 GPU 加速相结合以提高成像速度， 和参数优化。将模型的计算结果与金属壁 UPT 的
实现相干噪声抑制，以及利用图像融合技术提高 实测结果进行了比较，证明了模型方法的准确性。
成像质量。试验涉及以下两类缺陷：不同深度处 此外，该模型还首次探讨了具有非对称激励端和
的横孔和不同角度的裂纹。结果表明，优化扫描 接收端的 UPT。综合分析了压电传感器半径、压
结构可以提高图像分辨率，特别是对于高散射材 电传感器厚度和金属壁厚对 UPT 系统性能的影
料的增材制造。此外，通过图像融合可以获得更 响，研究了各参数对 UPT 系统性能的影响。图 3
好的成像和几何特征。该方法优于时域延时叠加 为非对称的 UPT 系统示意。
（DAS）算法和频域相移迁移（PSM）算法，实
现了实时成像帧率。图 1 为激光超声合成孔径聚
焦理论检测灵敏度 , 其中图 1(a) 为纵波灵敏度， (b)

为横波灵敏度。图 2 为长距离扫描横孔与裂纹缺
陷的延时乘和连续表征。

图 3 非对称的 UPT 系统示意
发表论文：Jiao Jingpin, Qiao Zhiyan, Liu
Boya, et al. Establishment and application
of a semianalytical model of ultrasonic
power transfer[J]. IEEE/ASME Transactions
图 1 激光超声合成孔径聚焦理论检测灵敏度 on Mechatronics, 2024. Doi: 10.1109/
TMECH.2024.3393450.

2.3 多时刻空间波数成像算法

基于激光超声全波场扫描检测技术，提出多
时刻 Lamb 波空间 - 波数成像方法。该方法通过
希尔伯特变换获取每一帧 Lamb 波场的解析信号
信息，利用幅值排序，多聚类方法进行相位解缠
绕，求取相位梯度获取波数信息，分别对不同检
测点对应的不同时刻波数值按降序排列后提取中
图 2 长距离扫描横孔与裂纹缺陷的延时乘和连续表征
值波数获取空间各位置处的波数。该方法首先应
发表论文： Chen Long, Liu Zenghua, 用于仿真模型中，然后应用于含有矩形凹槽缺陷
Zhang Zongjian, et al. Real-time imaging 的铝板和含有分层缺陷的碳纤维复合材料板的缺
and geometric characterization of laser 陷成像与量化检测。仿真与试验中，采用其他不
ultrasound based on array scanning 同的波数成像方法对缺陷进行量化检测并与团队
optimization and delay-multiply-and-sum[J]. 所提方法进行对比分析。结果表明所提方法可还
Mechanical Systems and Signal Processing, 原铝板中凹槽缺陷和复合材料板中分层缺陷的形
2025, 224:112206. 貌以及准确估计凹槽缺陷的深度与分层缺陷的位

2.2 超声功率传输半解析模型的建立与应用 置。图 4 为基于多时刻波数成像方法的铝板凹槽
超声功率传输（Ultrasonic power transfer , 缺陷仿真厚度估计结果（上图为多时刻波数成像
仿真厚度估计结果，下图为中值滤波后的 FDIWI
UPT）具有传输功率大、无电磁屏蔽等优点，已
成为工业和医疗领域能量传输的重要方式。本研 仿真厚度估计曲线），图 5 为基于多时刻波数成

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