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多波束形成的基本原理范文1
關鍵詞：智能天線；移動通信；應用
Abstract: With the vigorous development of mobile communication, rapid increase in the number of users, the spectrum resource becomes more and more intense, how to use the existing spectrum resources to further expand capacity has become a key problem in the development of mobile communication. Smart antenna is regarded as a kind of future mobile communications development trend. Based on the basic principles of smart antennas, uses and its application in mobile communication to wait undertook specific elaborate.
Key words: smart antenna; mobile communication; application
中圖分類號：S972.7+6
一、智能天線的基本原理
在移動通信中,智能天線是天線陣在感知和判斷自身所處電磁環境的基礎上,依據一定的準則,自動地形成多個高增益的動態窄波束,以跟蹤移動用戶,同時抑制波束以外的各種干擾和噪聲,從而處于最佳工作狀態。智能天線吸取了自適應天線的抗干擾原理,依靠陣列信號處理和數字波束形成技術發展起來。智能天線包括多波束天線陣列和自適應天線陣列,后者是智能天線的主要形式。智能天線技術主要基于自適應天線陣列原理,天線陣收到信號后,通過由處理器和權值調整算法組成的反饋控制系統,根據一定的算法分析該信號,判斷信號及干擾到達的方位角度,將計算分析所得的信號作為天線陣元的激勵信號,調整天線陣列單元的輻射方向圖、頻率響應及其它參數。利用天線陣列的波束合成和指向,產生多個獨立的波束,自適應地調整其方向圖,跟蹤信號變化,對干擾方向調零,減弱甚至抵消干擾,從而提高接收信號的載干比,改善無線網基站覆蓋質量,增加系統容量。
二、智能天線對移動通信系統的影響
1．智能天線的優點。智能天線對系統性能的改善如下：a．提高系統容量。智能天線采用窄波束接收和發射移動用戶信號，降低了其他用戶的干擾，因此對于自干擾系統如CDMA系統，可以有效地提高系統容量；同時，采用空分技術復用信道，也增加了系統容量。b．增大覆蓋范圍。波束形成是多根天線的矢量疊加，等效為天線增益的增加，也就是提高了基站接收機的靈敏度和基站發射機的EIRP有效全向輻射功率。這意味著在同樣的接收和發射條件下可以達到更遠的通信距離，因此增大了覆蓋范圍。c．降低系統干擾。采用窄波束的主瓣接收和發射信號，旁瓣和零點抑制干擾信號，可以降低系統干擾，提高陣列的輸出信噪比，即提高系統的抗干擾能力。除外，它對于移動系統中的多徑干擾也有一定的削弱作用。d．降低系統成本。由于波束形成的增益可以減小對功放的要求，降低基站的成本，并提高可靠性；同時可以減小移動臺的體積和重量，延長了移動臺的電池使用壽命，降低移動臺的成本。e．增加增值業務。智能天線可以獲得移動用戶的方位信息，同其他技術配合可以實現移動用戶的無線定位。無線定位目前是移動通信領域的熱點技術，將來的市場潛力巨大，這是一項很有實用價值的增值業務。
2．智能天線存在的問題。a．增加了系統復雜度。智能天線需要高效的算法、高速的DSP器件，滿足實時性處理要求。智能天線的算法結構應該盡量能夠兼容常規的處理結構，便于系統靈活配置，降低成本。采用智能天線的基站要能夠和常規基站混合組網，兼容網絡側的管理和維護。b．增加了通道校正。如果要在基帶完成波束形成，則需要進行通道校正，提高了通道要求。
三、智能天線在移動通信中的用途
(1)抗衰落。在陸地移動通信中,電波傳播路徑由反射、折射及散射的多徑波組成,隨著移動臺移動及環境變化,信號瞬時值及延遲失真的變化非常迅速且不規則,造成信號衰落。采用全向天線接收所有方向的信號,或采用定向天線接收某個固定方向的信號,都會因衰落使信號失真較大。如果采用智能天線控制接收方向,天線自適應地構成波束的方向性,使得延遲波方向的增益最小,減小信號衰落的影響。智能天線還可用于分集,減少衰落。電波通過不同路徑到達接收天線,其方向角各不相同,利用多副指向不同的自適應接收天線,將這些分量隔離開,然后再合成處理,即可實現角度分集。
(2)抗干擾。用高增益、窄波束智能天線陣代替現有FD-MA和TDMA基站的天線。與傳統天線相比,用12個30°波束天線陣列組成360°全覆蓋天線的同頻干擾要小得多。將智能天線用于CDMA基站,可減少移動臺對基站的干擾,改善系統性能。抗干擾應用的實質是空間域濾波。智能天線波束具有方向性,可區別不同入射角的無線電波,可調整控制天線陣單元的激勵“權值”,其調整方式與具有時域濾波特性的自適應均衡器類似,可以自適應電波傳播環境的變化,優化天線陣列方向圖,將其“零點”自動對準干擾方向,大大提高陣列的輸出信噪比,提高系統可靠性。
(3)增加系統容量。為了滿足移動通信業務的巨大需求,應盡量擴大現有基站容量和覆蓋范圍。要盡量減少新建網絡所需的基站數量,必須通過各種方式提高頻譜利用效率。方法之一是采用智能天線技術,用多波束板狀天線代替普通天線。由于天線波束變窄,提高了天線增益及C /I指標,減少了移動通信系統的同頻干擾,降低了頻率復用系數,提高了頻譜利用效率。使用智能天線后,毋需增加新的基站就可改善系統覆蓋質量,擴大系統容量,增強現有移動通信網絡基礎設施的性能。
(4)實現移動臺定位。目前蜂窩移動通信系統只能確定移動臺所處的小區,如果增加定位業務,則可隨時確定持機者所處位置,不但給用戶和網絡管理者提供很大方便,還可開發出更多的新業務。 在陸地移動通信中,如果基站采用智能天線陣,一旦收到信號,即對每個天線元所連接收機產生的響應作相應處理,獲得該信號的空間特征矢量及矩陣,由此獲得信號的功率估值和到達方向,即用戶終端的方位。通過此方法,用兩個基站就可將用戶終端定位到一個較小區域。
四、智能天線在移動通信中的具體應用
(1)用于FDMA系統。據研究,與通常的三扇區基站相比,C /I值平均提高約8dB,大大改善了基站覆蓋效果；頻率復用系數由7改善為4,增加了系統容量。在網絡優化時,采用智能天線技術可降低無線掉話率和切換失敗率。
(2)用于TDMA系統。無線能量在時間和空間上都受到限制,智能波束切換規則可提高C /I指標。據研究,用4個30°天線代替傳統的120°天線,C /I可提高6dB,提高了服務質量。在滿足GSM系統C /I比最小的前提下,提高頻率復用系數,增加了系統容量。
（3）用于CDMA系統。在CDMA系統中,智能天線可進行話務均衡,將高話務扇區的部分話務量轉移到容量資源未充分利用的扇區;通過智能天線靈活的輻射模式和定向性,可進行軟/更軟切換控制;智能天線的空間域濾波可改善遠近效應,簡化功率控制,降低系統成本,也可減少多址干擾,提高系統性能。
(4)用于無線本地環路系統。在無線本地環路系統中,基站對收到的上行信號進行處理,獲得該信號的空間特征矢量,進行上行波束賦形,達到最佳接收效果。由于本系統采用TDD方式,可將上行波束賦形數據直接用于下行發射信號,實現對下行波束的賦形。天線波束賦形等效于提高天線增益,改善了接收靈敏度和基站發射功率,擴大了通信距離,并在一定程度上減少了多徑傳播的影響。
(5)用于DECT、PHS等系統。DECT、PHS都是基于TDD方式的慢速移動通信系統。歐洲在DECT基站中進行智能天線實驗時,采用和評估了多種自適應算法,并驗證了智能天線的功能。日本在PHS系統中的測試表明,采用智能天線可減少基站數量。近期受移動“本地通”業務的啟發,我國一些地方提出利用PHS等技術建設“移動市話”,期望與蜂窩移動網爭奪本地移動用戶群。由于PHS等系統的通信距離有限,需要建立很多基站,若采用智能天線技術,則可降低成本。
(6)用于第三代移動通信。采用智能天線技術可提高第三代移動通信系統的容量及服務質量,W-CDMA系統就采用自適應天線陣列技術,增加系統容量。在第三代移動通信系統中,我國SCDMA系統是應用智能天線技術的典型范例。SCDMA系統采用TDD方式,使上下射頻信道完全對稱,可同時解決諸如天線上下行波束賦形、抗多徑干擾和抗多址干擾等問題。該系統具有精確定位功能,可實現接力切換,減少信道資源浪費。
多波束形成的基本原理范文2
關鍵詞：貝葉斯估計信息融合障礙探測智能駕駛
隨著傳感器技術、信息處理技術、測量技術與計算機技術的發展，智能駕駛系統（輔助駕駛系統一無人駕駛系統）也得了飛速的發展。消費者越來越注重駕駛的安全性與舒適性，這就要求傳感器能識別在同一車道上前方行駛的汽車，并能在有障礙時提醒駕駛員或者自動改變汽車狀態，以避免事故訴發生。國際上各大汽車公司也都致力于這方面的研究，并開發了一系列安全駕駛系統，如碰撞報警系統（CW）、偏向報警系統（LDW）和智能巡游系統（ICC）等。國內在這些方面也有一定的研究，但與國外相比仍存在較大的差距。本文將主要討論多傳感器信息融合技術在智能駕駛系統（ITS）中的應用。
1ICC/CW和LDW系統中存在的問題
1.1ICC/CW系統中的誤識別問題
ICC/CW系統中經常使用單一波束傳感器。這類傳感器利用非常狹窄的波束寬度測定前方的車輛，對于彎曲道路（見圖1（a）），前后車輛很容易駛出傳感器的測量范圍，這將引起智能巡游系統誤加速。如果前方車輛減速或在拐彎處另一輛汽車駛入本車道，碰撞報警系統將不能在安全停車范圍內給出響應而容易產生碰撞。類似地，當彎曲度延伸時（見圖1(b)），雷達系統易把鄰近道路的車輛或路邊的防護欄誤認為是障礙而給出報警。當道路不平坦時，雷達傳感器前方的道路是斜向上，小丘或小堆也可能被誤認為是障礙，這些都降低了系統的穩定性?，F在有一些濾波算法可以處理這些問題并取得了一定效果，但不能徹底解決。
1.2LDW系統中存在的場景識別問題
LDW系統中同樣存在公共駕駛區場景識別問題。LDW系統依賴于一側的攝像機（經常僅能測道路上相鄰車輛的位置），很難區分彎曲的道路和做到多樣的個人駕駛模式。LDW系統利用一個前向攝像機探測車輛前方道路的地理狀況，這對于遠距離測量存在著精確性的問題，所有這些都影響了TLC（Time-to-Line-Crossing）測量的準確性?，F常用死區識別和駕駛信息修訂法進行處理，但并不能給出任何先驗知識去識別故障。
2多傳感器信息融合技術在ITS系統中的應用
針對以上系統存在的一些問題，研究者們紛紛引入了多傳感器信息融合技術，并提出了不同的融合算法?；谝曈X系統的傳感器可以提供大量的場景信息，其它傳感器（如雷達或激光等）可以測定距離、范圍等信息，對兩方面的信息融合處理后能夠給出更可靠的識別信息。融合技術可以采用Beaurais等人于1999年提出的CLARK算法（CombinedLikelihoodAddingRadar）和InstitudeNeuroinformatik提出的ICDA（IntegrativeCouplingofDifferentAlgorithms）算法等方法實現。
2.1傳感器的選擇
識別障礙的首要問題是傳感器的選擇，下面對幾種傳感器的優缺點進行說明（見表1）。探測障礙的最簡單的方法是使用超聲波傳感器，它是利用向目標發射超聲波脈沖，計算其往返時間來判定距離的。該方法被廣泛應用于移動機器人的研究上。其優點是價格便宜，易于使用，且在10m以內能給出精確的測量。不過在ITS系統中除了上文提出的場景限制外，還有以下問題。首先因其只能在10m以內有效使用，所以并不適合ITS系統。另外超聲波傳感器的工作原理基于聲，即使可以使之測達100m遠，但其更新頻率為2Hz，而且還有可能在傳輸中受到其它信號的干擾，所以在CW/ICC系統中使用是不實際的。
表1傳感器性能比較
傳感器類型優點缺點
超聲波
視覺
激光雷達
MMW雷達價格合理，夜間不受影響。
易于多目標測量和分類，分辨率好。
價格相合理，夜間不受影響
不受燈光、天氣影響。測量范圍小，對天氣變化敏感。
不能直接測量距離，算法復雜，處理速度慢。
對水、灰塵、燈光敏感。
價格貴
視覺傳感器在CW系統中使用得非常廣泛。其優點是尺寸小，價格合理，在一定的寬度和視覺域內可以測量定多個目標，并且可以利用測量的圖像根據外形和大小對目標進行分類。但是算法復雜，處理速度慢。
雷達傳感器在軍事和航空領域已經使用了幾十年。主要優點是可以魯棒地探測到障礙而不受天氣或燈光條件限制。近十年來隨著尺寸及價格的降低，在汽車行業開始被使用。但是仍存在性價比的問題。
為了克服這些問題，利用信息融合技術提出了一些新的方法，利用這些方式可以得到較單一傳感器更為可靠的探測。
2.2信息融合的基本原理
所謂信息融合就是將來自多個傳感器或多源的信息進行綜合處理，從而得出更為準確、可靠的結論。多傳感器信息融合是人類和其它生物系統中普遍存在的一種基本功能，人類本地地具有將身體上的各種功能器官（眼、耳、鼻、四肢）所探測的信息(景物、聲音、氣味和觸覺)與先驗知識進行綜合的能力，以便對其周圍的環境和正在發生的事件做出估計。由于人類的感官具有不同度量特征，因而可測出不同空間范圍的各種物理現象，這一過程是復雜的，也是自適應的。它將各種信息（圖像、聲音、氣味和物理形狀或描述）轉化成對環境的有價值的解釋。
多傳感器信息融合實際上是人對人腦綜合處理復雜問題的一種功能模擬。在多傳感器系統中，各種傳感器提供的信息可能具有不同的特片：對變的或者非時變的，實時的或者非實時的，模糊的或者確定的，精確的或者不完整的，相互支持的或者互補的。多傳感器信息融合就像人腦綜合處理信息的過程一樣，它充分利用多個傳感器資源，通過對各種傳感器及其觀測信息的合理支配與使用，將各種傳感器在空間和時間上的互補與冗余信息依據某種優化準則結合起來，產生對觀測環境的一致性解釋或描述。信息融合的目標是基于各種傳感器分離觀測信息，通過對信息的優化組合導出更多的有效信息。這是最佳協同作用的效果，它的最終目的是利用多個傳感器共同或聯合操作的優勢來提高整個系統的有效性。
2.3常用信息融合算法
信息融合技術涉及到方面的理論和技術，如信息處理、估計理論、不確定性理論、模式識別、最優化技術、神經網絡和人工智能等。由不同的應用要求形成的各種方法都是融合方法的個子集。表2歸納了一些常用的信息融合方法。
表2信息融合方法
經典方法現代方法
估計方法統計方法信息論方法人工智能方法
加權平均法經典推理法聚類分析模糊邏輯
極大似然估計貝葉斯估計模板法產生式規則
最小二乘法品質因素法熵理論神經網絡
卡爾曼濾波D-S證據決策理論遺傳算法
模糊積分理論
2.4智能駕駛系統中信息融合算法的基本結構
由于單一傳感器的局限性，現在ITS系統中多使用一組傳感器探測不同視點的信息，再對這些信息進行融合處理，以完成初始目標探測識別。在智能駕駛系統中識別障礙常用的算法結構如圖2所示。
3CLARK算法
CLARK算法是用于精確測量障礙位置和道路狀況的方法，它同時使用來自距離傳感器（雷達）和攝像機的信息。CLARK算法主要由以下兩部分組成：①使用多傳器融合技術對障礙進行魯棒探測；②在LOIS（LikelihoodofImageShape）道路探測算法中綜合考慮上述信息，以提高遠距離道路和障礙的識別性能。
3.1用雷達探測障礙
目前經常使用一個雷達傳感器探測前方的車輛或障礙。如前面所分析，雷達雖然在直路上的性能良好，但當道路彎曲時，探測的信號將完全可靠，有時還會有探測的盲點或產生錯誤報警。為了防止錯誤報警，常對雷達的輸出進行標準卡爾曼（Kalman）濾波，但這并不能有效解決探測盲點問題。為了更可靠地解決這類問題，可以使用掃描雷達或多波束雷達，但其價格昂貴。這里選用低價的視覺傳感器作為附加信息，視覺傳感器經常能提供掃描雷達和多波束雷達所不能提供的信息。
3.2在目標識別中融合視覺信息
CLARK算法使用視覺圖像的對比度和顏色信息探測目標，使用矩形模板方法識別目標。這個模板由具有不同左右邊界和底部尺寸的矩形構成，再與視覺圖像對比度域匹配，選擇與雷達傳感器輸出最接近的障礙模板。
CLARK算法首先對雷達信號進行卡爾曼濾波，用于剔除傳感器輸出的強干擾，這出下列狀態和觀測方程處理：
D（t）=R(t)+v(t)
式中，R（t）為前方障礙的真實距離（未知），R（t）是其速度（未知，）D（t）為距離觀測值，Δt為兩次觀測的問題時間，w（t）和v(t)為高斯噪聲。給定D（t），由Kalman濾波器估計R（t）和R（t）的值，并把估計值R(t)作為距離輸入值，使用R(t)和D（t）的差值確定所用矩形模板的偏差。由于使用雷達探測的位置與雷達作為補償。
使用上述算法可以有效提高雷達探測的可靠性，但當圖像包含很強的邊緣信息或障礙只占據相平面一個很小的區域時，仍不能得到滿意的結果。因此，除對比度外，又引入視覺圖像的顏色域。
3.3相合似然法
在探測到障礙后，CLARK算法將這些信息整合到道路探測算法（LOIS）中。LOIS利用變形道路的邊緣應為圖像中對比度的最大值部分且其方位應垂直于道路邊緣來搜索道路。如果只是簡單地將兩個信息整合，則障礙探測部分的像素被隱藏，其圖像梯度值不會影響LOIS的似然性。這樣可以防止LOIS將汽車前方障礙的邊緣誤認為是道路的邊緣來處理。但是當道路的真實邊緣非常接近障礙的邊緣時，隱藏技術則失效。
為了使隱藏技術有效，可以在障礙和道路探測之間采取折中的處理方法。這種折中的處理方法就是相合似然法。它將探測障礙固定的位置和尺寸參數變為可以在小范圍內變化的參數。新的似然函數由LOIS的似然和小探測障礙的似然融合而成。它使用七維參數探測方法（三維用于障礙，四維用于道路），能同時給出障礙和道路預測的最好結果。其公式如下：
式中，Tb、Tl、Tw為相平面內矩形模板的底部位置、左邊界和寬度的三個變形參數，[xr(t),xc(t)]為變形模板相平面的中心。[yr(t)，yc(t)]為由雷達探測并經Kalman濾波的障礙在相平觀的位置。將地平面壓縮變化為相平面，的實時估計，為相平面內一個路寬的值（3.2m）。tan-1的壓縮比率在相平面內不小于Tmin（路寬的一半），不太于Tmax（路寬）。通過求解七維后驗pdfP（k'''',b''''LEFT，b''''RIGHT，vp，Tb，Tl,Tw|[yr(t),yc(t)],ObservedImage）的最大值獲得障礙和道路目標。
3.4CLARK算法的局限性
多波束形成的基本原理范文3
[關鍵詞]激光無損檢測 超聲無損檢測 射線無損檢測
在現代生產中針對不同對象選擇何種無損檢測方法已成為人們關注的問題,為解決好這個問題,就必須對無損檢測方法及其特征有較全面的了解。所謂無損檢測,是在不損傷材料和成品的條件下研究其內部和表面有無缺陷的手段。也就是說,它利用材料內部結構的異?；蛉毕莸拇嬖谒鸬膶?、聲、光、電、磁等反應的變化,評價結構異常和缺陷存在及其危害程度。下面簡要介紹三種常用方法的應用和發展。
一、激光技術在無損檢測領域的應用與發展
激光技術在無損檢測領域的應用始于七十年代初期,由于激光本身所具有的獨特性能,使其在無損檢測領域的應用不斷擴大,并逐漸形成了激光全息、激光超聲等無損檢測新技術,這些技術由于其在現代無損檢測方面具有獨特能力而無可爭議地成為無損檢測領域的新成員。
1.激光全息無損檢測技術
激光全息術是激光技術在無損檢測領域應用最早、用得最多的方法。激光全息無損檢測約占激光全息術總應用的25%。其檢測的基本原理是通過對被測物體加外加載荷,利用有缺陷部位的形變量與其它部位不同的特點,通過加載前后所形成的全息圖像的疊加來反映材料、結構內部是否存在缺陷。
激光全息無損檢測技術的發展方向主要有以下幾方面。
(1)將全息圖記錄在非線性記錄材料上,以實現干涉圖像的實時顯現。
(2)利用計算機圖像處理技術獲取干涉條紋的實時定量數據。
(3)采用新的干涉技術,如相移干涉技術。在原來的基礎上進一步提高全息技術的分辨率和準確性。
2.激光超聲無損檢測技術
激光超聲技術是七十年代中期發展起來的無損檢測新技術。它利用Q開關脈沖激光器發出的激光束照射被測物體,激發出超聲波,采用干涉儀顯示該超聲波的干涉條紋。與其他超聲無損檢測方法相比,激光超聲檢測的主要優越性如下。
(1)能實現一定距離之外的非接觸檢測,不存在耦合與匹配問題。
(2)利用超短激光脈沖可以得到超短聲脈沖和高時間分辨率,可以在寬帶范圍內提取信息,實現寬帶檢測。
(3)易于聚焦,實現快速掃描和成像。
3.激光無損檢測的發展
激光超聲檢測成本高,安全性較差,目前仍處于發展階段。但在無損檢測領域,激光超聲檢測在以下幾方面的應用前景引起了人們的關注:(1)可用于高溫條件下的檢測.如熱鋼材的在線檢測;(2)適用于某些不宜接近的樣品,如放射性樣品的檢測;(3)激光束可入射到任何部位,可用于檢測形狀奇異的樣品;(4)可用于超薄超細的樣品及表面或亞表面層的檢測。國外近幾年已有將激光超聲檢測用機復合材料的檢測、熱態鋼的在線檢測的報道,在化學氣相沉積、物理氣相沉積、等離子體濺射等高溫鍍膜工藝過程中膜層厚度的實時檢測方面也進行了研究。
二、超聲檢測技術在無損檢測中的應用與發展
超聲無損檢測技術(UT)是五大常規檢測技術之一,與其它常規無損檢測技術相比,它具有被測對象范圍廣。檢測深度大;缺陷定位準確,檢測靈敏度高;成本低,使用方便;速度快,對人體無害以及便于現場使用等特點。
1.超聲檢測技術的應用
(1)目前大量應用于金屬材料和構件質量在線監控和產品的在投檢查。如鋼板、管道、焊鞋、堆焊層、復合層、壓力容器及高壓管道、路軌和機車車輛零部件、棱元件及集成電路引線的檢測等。
(2)各種新材料的檢測。如有機基復合材料、金屬基復合材料、結構陶瓷材料、陶瓷基復合材料等,超聲檢測技術已成為復合材料的支柱。
(3)非金屬的檢測。如混凝土、巖石、樁基和路面等質量檢驗,包括對其內部缺陷、內應力、強度的檢測應用也逐漸增多。
(4)大型結構、壓力容器和復雜設備的檢測。由于超聲成像直觀易懂,檢測精度較高。因此,近幾年我國集超聲成像技術及超聲信號處理技術等多學科前沿成果于一體的超聲機器人檢測系統已研制成功,為復雜形狀構件的自動掃描超聲成像檢測提供了有效手段。
(5)核電工業的超聲檢測。
(6)其它方面的超聲檢測。如醫學診斷廣泛應用超聲檢測技術;目前人們正試圖將超聲檢測技術用于開辟其它新領域和行業,如人們正努力將超聲檢測技術用于血壓控制系統進行系統作非接觸檢測、辨識。性能分析和故障診斷等。
2.超聲檢測技術的發展
在現代無損檢測技術中,超聲成像技術是一種令人矚目的新技術。超聲圖像可以提供直觀和大量的信息,直接反映物體的聲學和力學性質,有著非常廣闊的發展前景?，F代超聲成像技術都是計算機技術、信號采集技術和圖象處理技術相結合的產物。數據采集技術、圖象重建技術、自動化和智能化技術以及超聲成像系統的性能價格比等發展直接影響超聲檢測圖像化的進程?，F代超聲成像技術大多有自動化和智能化的特點,因而有許多優點,如檢測的一致性好,可靠性、復現性高,存儲的檢測結果可隨時調用,并可以對歷次檢測的結果自動比較,以對缺陷做動態檢測等。
目前已經使用和正在開發的成像技術包括:超聲B掃描成像,超聲C掃描成像、超聲D掃描成像,SAFT(合成孔徑聚焦)成像,P掃描成像,超聲全息成像,超聲CT成像等技術。
三、射線技術在無損檢測領域內的應用與發展
1.射線檢測技術的應用
射線檢測技術是利用射線(X射線、射線、中子射線等)穿過材料或工件時的強度衰減,檢測其內部結構不連續性的技術。穿過材料或工件的射線由于強度不同在X射線膠片上的感光程度也不同,由此生成內部不連續的圖像。
(1)早期使用在石油工業.分析鉆井巖芯。
(2)在航空工業用于檢驗與評價復合材料和復合結構。評價某些復合件的制造過程。也用于一系列情況下樣件的評價;這種檢測與評價過程,大大簡化了取樣破壞分析過程。
(3)檢測大型固體火箭發動機,這樣的射線系統使用電子直線加速器X射線源,能量高迭25MeV,可檢驗直徑達3m的大型同體火箭發動機。
(4)檢驗小型、復雜、精密的鑄件和鍛件,進行缺陷檢驗和尺寸測量。
(5)檢查工程陶瓷和粉末冶金產品制造過程發生的材料或成分變化,特別是對高強度、形狀復雜的產品。
(6)組件結構檢查。
2.射線檢測技術的發展
(1)數字射線照相技術時代。1990年,R.Halmshaw和N.A.Ridyard在《英國無損檢測雜志》上發表題為“數字射線照相方法評述”的文章,在評述了各種數字射線照相方法的發展之后認為,數字射線照相時代已經到來。近年來射線檢測技術發展的基本特點是數字圖象處理技術廣泛應用于射線檢測。射線層析檢測和實時成像檢測技術的重要基礎之一是數字圖象處理技術,即使常規膠片射線照相技術,也在采用數字圖象處理技術。 (2)今后重點應用的技術。1994年Harold Berger在美國《材料評價》發表的“射線無損檢測的趨勢”中提出,在20世紀的最后10年和21世紀的初期,下列技術將得到廣泛應用:①數字X射線實時檢測系統在制造、在役檢驗和過程控制方面。②具有數據交換、使用NDT工作站的計算機化的射線檢測系統。③小型、低成本的CT系統。④微焦點放大成像的x射線成像檢驗系統。⑤小型高靈敏度的X射線攝像機。⑥大面積的光電導X射線攝像機。
四、無損檢測的發展趨勢
1.超聲相控陣技術
超聲檢測是應用最廣泛的無損檢測技術,具有許多優點,但需要耦合劑和換能器接近被檢材料,因此,超聲換能、電磁超聲、超聲相控陣技術得到快速發展。其中,超聲相控陣技術是近年來超聲檢測中的一個新的技術熱點。
超聲相控陣技術使用不同形狀的多陣元換能器來產生和接收超聲波波束,通過控制換能器陣列中各陣元發射(或接收)脈沖的時間延遲,改變聲波到達(或來自)物體內某點時的相位關系,實現聚焦點和聲束方向的變化,然后采用機械掃描和電子掃描相結合的方法來實現圖像成像。與傳統超聲檢測相比,由于聲束角度可控和可動態聚焦,超聲相控陣技術具有可檢測復雜結構件和盲區位置缺陷和較高的檢測頻率等特點,可實現高速、全方位和多角度檢測。對于一些規則的被檢測對象,如管形焊縫、板材和管材等,超聲相控陣技術可提高檢測效率、簡化設計、降低技術成本。特別是在焊縫檢測中,采用合理的相控陣檢測技術,只需將換能器沿焊縫方向掃描即可實現對焊縫的覆蓋掃查檢測。
2.微波無損檢測
微波無損檢測技術將在330～3300 MHz中某段頻率的電磁波照射到被測物體上,通過分折反射波和透射波的振幅和相位變化以及波的模式變化,了解被測樣品中的裂紋、裂縫、氣孔等缺陷,確定分層媒質的脫粘、夾雜等的位置和尺寸,檢測復合材料內部密度的不均勻程度。
