在21世紀(jì)初，相控陣超聲技術(shù)從醫(yī)療成像領(lǐng)域拓展到工業(yè)無損檢測(cè)領(lǐng)域，并確立了其重要地位。工業(yè)相控陣超聲檢測(cè)(PAUT)系統(tǒng)是利用多個(gè)可獨(dú)立控制的陣元或通道發(fā)射和接收超聲波信號(hào)的系統(tǒng)。

相較于傳統(tǒng)單通道系統(tǒng)，PAUT能更準(zhǔn)確地檢出缺陷，覆蓋范圍更廣，效率更高，可有效識(shí)別安全隱患，降低事故風(fēng)險(xiǎn)，已在航空航天、特種設(shè)備、石油化工、海洋平臺(tái)、鐵路、電力、核工業(yè)、軍工、冶金和建筑等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。

工業(yè)PAUT產(chǎn)品的基本功能是采用線性的波束成形(BF)技術(shù)，制定發(fā)射延時(shí)法則控制各陣元的激發(fā)時(shí)機(jī)，操控超聲波在被測(cè)件中的干涉行為，實(shí)現(xiàn)波束偏轉(zhuǎn)和聚焦，通過延時(shí)接收合成波束和電子掃描得到相控陣成像圖。

隨著檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)不斷提升，傳統(tǒng)基于線性BF的成像方法已無法滿足對(duì)更高靈敏度和分辨率的需求，故衍生出全聚焦(TFM)、平面波成像(PWI)和相位相干成像(PCI)等新的成像技術(shù)。

為克服傳統(tǒng)PAUT方法的局限性，學(xué)者們研究出了非線性、超聲導(dǎo)波、空耦超聲、電磁聲換能器和激光超聲等形態(tài)各異的、非典型的PAUT系統(tǒng)。這些系統(tǒng)拓展了PAUT的內(nèi)涵，成為當(dāng)前相控陣超聲檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

近年來，PAUT技術(shù)也開始與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)(SHM)技術(shù)相互融合。不同于傳統(tǒng)的無損檢測(cè)，SHM技術(shù)重在對(duì)結(jié)構(gòu)健康狀態(tài)進(jìn)行長(zhǎng)期的連續(xù)監(jiān)測(cè)和評(píng)估，而PAUT技術(shù)的引入提升了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏度，能夠有效監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)提供預(yù)警和報(bào)警信息，為預(yù)防性維護(hù)提供數(shù)據(jù)支持。

一、相控陣通用數(shù)據(jù)格式與存儲(chǔ)方法

工業(yè)相控陣的智能檢測(cè)和云監(jiān)測(cè)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，但因各供應(yīng)商或研發(fā)團(tuán)隊(duì)數(shù)據(jù)格式和存儲(chǔ)方法不統(tǒng)一，容易形成“信息孤島”。到目前為止，本領(lǐng)域仍缺乏公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集，這將限制智能檢測(cè)及云監(jiān)測(cè)的發(fā)展。

在超聲醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通信(DICOM)協(xié)議是醫(yī)學(xué)成像信息和相關(guān)數(shù)據(jù)的通信和管理標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)發(fā)展遠(yuǎn)程超聲技術(shù)和超聲智能輔助診療技術(shù)有重要意義。

無損檢測(cè)中的數(shù)字成像和通信(DICONDE)協(xié)議是DICOM協(xié)議的延伸，是一個(gè)可用于射線、CT、渦流及超聲檢測(cè)的通用數(shù)據(jù)格式。其中，ASTM E2663-23是DICONDE的數(shù)字化超聲檢測(cè)部分，替代了舊標(biāo)準(zhǔn)ASTM E1454—02(即現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB/T 25759—2010)。

DICONDE繼承了DICOM的數(shù)據(jù)循環(huán)利用功能，支持從相控陣檢測(cè)到數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)挖掘/智能判別及再檢測(cè)的全流程?？梢?，DICONDE有助于打破“信息孤島”，成為智能決策的基石。

二、混合驅(qū)動(dòng)的相控陣智能檢測(cè)/監(jiān)測(cè)方法

鑒于DICONDE協(xié)議當(dāng)前不可用，仍有必要通過較小的數(shù)據(jù)量來實(shí)現(xiàn)相控陣智能檢測(cè)。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法存在普適性不足、可解釋性低等問題，且對(duì)數(shù)據(jù)標(biāo)注高度依賴。因此，人工智能2.0的關(guān)鍵是將數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與知識(shí)驅(qū)動(dòng)方法有機(jī)融合，建立混合驅(qū)動(dòng)方法來提高深度學(xué)習(xí)的可解釋性和效率，并降低對(duì)數(shù)據(jù)的要求。

如何引入先驗(yàn)知識(shí)、邏輯規(guī)則、物理定律和因果關(guān)系等知識(shí)，提高泛化能力、可解釋性和魯棒性，是相控陣智能檢測(cè)領(lǐng)域亟待解決的關(guān)鍵問題之一。

混合驅(qū)動(dòng)的方法主要可分為3類：知識(shí)驅(qū)動(dòng)為主、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為主、知識(shí)驅(qū)動(dòng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)并重的混合方法。物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(PINN)是一種以知識(shí)驅(qū)動(dòng)為主的混合方法。

Alkhadhr等使用PINN通過嵌入二維波動(dòng)方程作為約束條件，并結(jié)合邊界和初始條件進(jìn)行訓(xùn)練，計(jì)算了3陣元相控陣探頭的瞬態(tài)聲場(chǎng)，經(jīng)過3萬次迭代后，PINN能夠計(jì)算出不同時(shí)間點(diǎn)的聲場(chǎng)。但是，使用此類方法時(shí)還需考慮物理模型的局限性、數(shù)據(jù)依賴性和計(jì)算效率等因素。

三、面向極端服役環(huán)境的相控陣測(cè)量方法

當(dāng)前，面向極端環(huán)境的相控陣超聲檢測(cè)研究較少，尤其在核聚變領(lǐng)域。核聚變被視為未來清潔能源的關(guān)鍵，但對(duì)等離子體材料(PFM)的研究是關(guān)鍵瓶頸之一。

PFM需承受高溫、粒子輻射及中子嬗變產(chǎn)生的氫氦影響，這對(duì)材料性能提出了極高的要求。我國(guó)的全超導(dǎo)托卡馬克裝置“EAST東方超環(huán)”中，包層、偏濾器都采用純鎢作為PFM，但存在低溫脆性、韌脆轉(zhuǎn)變溫度高和輻照脆化等問題。在聚變反應(yīng)時(shí)，壁面需要承受14 MeV的高能中子輻照轟擊，最高溫度可達(dá)到1800℃，容易形成輻照損傷和熱裂紋。

Wang等使用了機(jī)械手帶動(dòng)15 MHz單探頭對(duì)偏濾器穹頂進(jìn)行離線的水浸C掃描成像，可檢出?1.6 mm的平底孔缺陷。當(dāng)前，仍缺乏針對(duì)輻照損傷的相控陣檢測(cè)機(jī)理研究及抗輻射相控陣探頭開發(fā)，這將影響核聚變堆用材料的缺陷檢測(cè)技術(shù)發(fā)展。

上一篇：橋梁現(xiàn)澆梁質(zhì)量把控及檢測(cè)，這些...

下一篇：人工智能時(shí)代，檢驗(yàn)檢測(cè)行業(yè)準(zhǔn)備...