先进的超声可视化成像检测技术及其应用

    无损检测技术的问世,主要得益于科学研究领域和工业应用领域的进程和发展,人们渴望建立能够对未知目标进行预测,对已知目标进行评估的方法,从而为科学研究、工程应用提供数据或者信息输入,材料研究和工程结构(产品)制造过程中的缺陷检测与评估是其最为典型的应用方向。

    在无损检测技术发展的初期,主要强调通过采用不破坏材料及其结构原有性质的方法获取材料及其结构中的缺陷或者损伤情况。随着科学技术的发展,特别是电子、计算机和信息处理等技术的非速发展,人们不再满足于仅通过原始的检测信息对材料或结构(产品)等关心的重要对象进行质量或者缺陷/损伤的简单判别,更希望能够通过无损检测技术,直观、形象、准确地“看见”材料内部实际情况。可视化无损检测技术就是在这种强烈需求背景下问世并得到快速发展的。由于通常材料或者结构(产品)内部在很多情况下是光学不透明的,因此,需要采用合理的方法或技术获取材料或结构内部的物理信息,然后通过对这些原始检测信息进行处理和重构,才能将材料或结构内部的情况以直观的可视化图像形式再现出来。

    能够得到材料或结构可视化信息的无损检测方法,目前主要有两类:一种是基于光学原理的可视化检测方法,如近年发展较快的各种光学内窥镜方法,它可以利用光波在物体表面的散射/反射,通过合理的光路和扫描技术,可以得到材料或结构(产品)表面的缺陷的视频图像。另一种是基于声波、射线、微波等在材料内部有一定的穿透能力,来获取其内部的可视化信息,通过合理的传感器技术、扫描技术和信息重构技术,得到材料或结构的内部可视化图像。特别是基于声学原理的超声可视化检测技术,目前已在材料研究和工业领域得到广泛应用。由于超声测量的是材料对声波的弹性响应,因此,从超声检测结果中不仅可以得到材料内部缺陷的量化信息,还可以重构材料的弹性常数和微结构。本文主要是介绍超声可视化成像检测技术及其典型应用。

    1　超声可视化成像检测方法

    1. 1　超声可视化成像原理

    超声在材料中的传播与材料的均匀性、微结构及缺陷的存在有密切的关系,对于声波而言,可以将被检测材料视为固体介质,当声波通过耦合介质(如液体)入射到材料表面时,随着入射声束角度的不同,可以得到各种不同模式的声波,通过测量分析这些声波在材料中的传播特性及其变化,利用信息处理技术、数据重构、扫描和成像技术,可以通过化图像方式,可视化再现材料内部的缺陷、微结构以及材料的弹性性能。目前超声可视化成像技术已经开始在航空航天、冶金、压力容器等许多领域工业领域得到应用。