超声相控阵在水下焊接中的应用研究
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叶建雄(1969—),男,教授,博士,研究方向为焊接自动化。

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中图分类号:

TP212.9

基金项目:

江西省教育厅科技项目(GJJ180937);国家自然科学基金(51665016);江西省自然科学基金(20151BAB207047)


Application Research of Ultrasonic Phased Array in Underwater Wet Welding
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    摘要:

    水下湿法焊接面临着缺少传感器的问题, 开展相关研究对于水下焊接自动化具有重要意义。 超声波相控阵(Ultrasonic Phased Array-PA) 可以直接应用于水下,根据需要控制各阵元于特定时刻发出声波,可以实现在空间特定点的聚焦,与单体超声波传感器相比,PA 具有工作效率高、控制方便灵活的优点,适合于作为焊缝检测用传感器。 论文首先介绍了 PA 的声波干涉原理,结合仿真软件揭示了声波的聚焦精度与 PA 的形状、阵元个数、阵元间距以及时间分辨率之间的关系,并由此确定了 PA 的几何参数;然后设计了 PA 工作中所需的多个电路,基于 CPLD 实现了高分辨率的时钟,给出了声波的发送与接收电路以及各通道的门控方法。 利用 PA 能够实现焊接工件表面的快速扫描,通过水下高精度的测距可以得到工件的表面形貌,进而获得焊缝的具体位置,PA 应用于水下湿法焊接是可行的。

    Abstract:

    The popular sensors used in land welding automation are faced with lot of difficulties while they are used in water. It is meaningful to find a new kind of sensor which is suitable for wet welding. Ultrasonic Phased Array(PA) can work in water conveniently, which controls each element to send out required sound beam separately and focus on specific points. Compared with single ultrasonic sensor, PA works fast and effectively. Interference principle of acoustic beam is analyzed at first, and then the relationship between focusing precision and the shape of PA, the number of sensor element, gap distance between adjacent units and time resolution is revealed with simulation. Then, proper physical parameters of PA are determined. Finally, high time -resolution circuit based on CPLD is given out, which works together with sound emitting and receiving circuits to realize fast scan on welding workpiece, so that the seam line could be deduced with underwater distance detection. Researches manifest that PA is effective for wet welding.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

叶建雄,李志刚,程群.超声相控阵在水下焊接中的应用研究[J].华东交通大学学报,2020,37(2):129-134.

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  • 在线发布日期: 2021-05-11
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