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　　提到B超(chao)(chao)、超(chao)(chao)聲(sheng)造影等超(chao)(chao)聲(sheng)檢(jian)測(ce)技術，想必大家都不陌(mo)生。在人體健康檢(jian)查中，常(chang)會用(yong)到超(chao)(chao)聲(sheng)檢(jian)查，它就像“透視眼”一樣(yang)，能夠精準(zhun)獲取身體器官內部的結構信息，幫助醫生精準(zhun)診斷早期病變，讓患者及時得(de)到治療，減(jian)少健康風險。

　　但是，你知道翱翔云端(duan)的鋼鐵(tie)巨鷹——飛(fei)機也需要定期做(zuo)“B超(chao)”嗎？

　　飛(fei)機(ji)在高(gao)空飛(fei)行時，要穿梭(suo)于復雜多(duo)變(bian)的(de)(de)環境(jing)，承受各種極端壓力，機(ji)體(ti)也面(mian)臨著與人體(ti)相(xiang)似(si)的(de)(de)“健(jian)康煩惱(nao)”。它內(nei)部(bu)的(de)(de)一些細微(wei)裂紋(wen)、孔隙，還(huan)有因長(chang)時間使用產生的(de)(de)疲勞損傷，在高(gao)應力、高(gao)溫度(du)和高(gao)速飛(fei)行時氣動壓力的(de)(de)“輪番(fan)攻擊”下，可能會越來越嚴重，對飛(fei)行安全構成了巨大的(de)(de)潛在威脅。所以，定期給飛(fei)機(ji)“體(ti)檢”，是保障飛(fei)行安全的(de)(de)必然(ran)選擇。

飛機結構常見損傷(來源網絡)

　　然而，傳統檢(jian)(jian)測方(fang)法(fa)如(ru)(ru)同(tong)一場“外科(ke)手術”，需要對(dui)飛機(ji)部件進行拆解，不僅耗時(shi)費力(li)，而且還會對(dui)飛機(ji)結構造成(cheng)一定程度(du)的(de)損(sun)(sun)傷(shang)(shang)。普通超聲檢(jian)(jian)測適用于檢(jian)(jian)查較大尺度(du)的(de)損(sun)(sun)傷(shang)(shang)，如(ru)(ru)果遇到(dao)“細如(ru)(ru)發絲(si)”的(de)微小損(sun)(sun)傷(shang)(shang)，它就有點“力(li)不從(cong)心”，很難提(ti)供準確(que)有效(xiao)的(de)診斷信息。

　　如何在(zai)不損傷機(ji)體的(de)(de)前提(ti)下，實現更精(jing)準有效的(de)(de)檢測呢？廈門(men)大(da)學重大(da)裝備健(jian)康管(guan)理技術研(yan)究(jiu)團隊自主研(yan)發的(de)(de)“非線性(xing)超聲(sheng)檢測技術”破解(jie)了這(zhe)一難(nan)題。近年來，在(zai)航空航天學院李(li)衛彬教授帶領(ling)下，團隊聚(ju)焦飛行器(qi)及其關(guan)鍵(jian)部(bu)件的(de)(de)服役(yi)安全需求，開(kai)啟了一系列(lie)科研(yan)探索，最終利(li)用(yong)超聲(sheng)波的(de)(de)非線性(xing)效應，成(cheng)功研(yan)發出(chu)了具備高精(jing)度微損傷檢測能力的(de)(de)“利(li)器(qi)”，并(bing)在(zai)飛行器(qi)和航空發動機(ji)這(zhe)些重大(da)裝備中(zhong)完成(cheng)了驗證(zheng)與工程(cheng)應用(yong)。

　　和(he)傳統的(de)超聲(sheng)檢(jian)測方(fang)法比起來(lai)，“非線性超聲(sheng)檢(jian)測技術”對微小(xiao)(xiao)損(sun)(sun)傷和(he)早期(qi)(qi)損(sun)(sun)傷更“敏感”。它(ta)的(de)原理很巧妙，就像給飛(fei)機做(zuo)一次高(gao)精度的(de)“全身掃描(miao)”，會向飛(fei)機材(cai)(cai)料發(fa)射不同頻(pin)率的(de)超聲(sheng)波(bo)(bo)，當這些聲(sheng)波(bo)(bo)在傳播(bo)過程中遇到微小(xiao)(xiao)損(sun)(sun)傷時，便像觸(chu)發(fa)了機關(guan)的(de)“信號(hao)燈”一樣(yang)，產(chan)生(sheng)和(he)頻(pin)與差頻(pin)信號(hao)。這些新產(chan)生(sheng)的(de)信號(hao)，就如同微小(xiao)(xiao)損(sun)(sun)傷留下的(de)“指紋”，可以幫助我們(men)準(zhun)確定位材(cai)(cai)料早期(qi)(qi)損(sun)(sun)傷的(de)位置，還能(neng)監(jian)測它(ta)的(de)變化。

基于非線性超聲的金屬結構近表面微裂紋成像(實驗人員在隔振平臺上進行實驗，檢測對象的近表面含有微米級的微裂紋。如圖所示，操作人員手里拿著兩個傳感器，形成一條檢測路徑，一個作為激勵端，通過振動產生超聲信號，另一個作為接收端，用來接收超聲信號。檢測路徑上如果存在損傷，接收信號的非線性成分會增加，通過對比檢測路徑健康狀況和損傷狀況下接收信號中的非線性成分，就可以知道路徑上是否存在損傷。通過布置多條路徑，路徑間就像蜘蛛網一樣交織在一起，形成多個交點，經過損傷的路徑會高亮顯示，他們的交點就是損傷存在的位置。成像結果展示出非線性超聲可以檢測出金屬板近表面的微裂紋損傷。)

　　不管是發動機渦輪葉片(pian)上(shang)毫米(mi)(mi)級、微(wei)米(mi)(mi)級的(de)(de)(de)小損(sun)傷，還是復合材(cai)料結構(gou)層(ceng)與層(ceng)之間的(de)(de)(de)脫粘，又或是微(wei)裂紋、材(cai)料性(xing)(xing)能(neng)劣化這(zhe)些(xie)早(zao)期(qi)損(sun)傷，“非線性(xing)(xing)超聲檢(jian)測技術(shu)”都能(neng)在不損(sun)傷飛(fei)機結構(gou)的(de)(de)(de)前(qian)提(ti)下，精準地“揪出”這(zhe)些(xie)潛在隱患。這(zhe)樣一來(lai)，就能(neng)及時對飛(fei)機進行維修和保養，保障飛(fei)機的(de)(de)(de)飛(fei)行安全。該技術(shu)已在國產(chan)大飛(fei)機C919的(de)(de)(de)關鍵環節中完成驗證，為結構(gou)穩定性(xing)(xing)與安全性(xing)(xing)提(ti)供了技術(shu)支(zhi)持。

　　憑借著對材(cai)(cai)料(liao)微(wei)損傷的(de)(de)高(gao)靈敏(min)度，“非線性超聲檢(jian)測技術(shu)”不僅從(cong)實驗室(shi)成(cheng)功(gong)走(zou)向工程(cheng)應用，還迅速在(zai)多個新興領(ling)(ling)域(yu)“生根發芽”。在(zai)新能源(yuan)領(ling)(ling)域(yu)，它可以(yi)化身“安全衛士”，評估風電(dian)葉(xie)片結構的(de)(de)完整(zheng)性、檢(jian)測電(dian)池缺(que)陷、監測核電(dian)壓力容器輻照損傷；在(zai)微(wei)電(dian)子與半(ban)導體領(ling)(ling)域(yu)，它能幫助檢(jian)測硅片的(de)(de)質量(liang)，為產業發展(zhan)把(ba)好質量(liang)關；在(zai)先進制造(zao)領(ling)(ling)域(yu)，它還能參與評價增材(cai)(cai)制造(zao)構件的(de)(de)質量(liang)，評估復合材(cai)(cai)料(liao)結構的(de)(de)性能，推動制造(zao)業邁向新高(gao)度......

　　“未來(lai)，這(zhe)項(xiang)技術(shu)還可以與智(zhi)能(neng)化檢(jian)(jian)測(ce)手(shou)段(duan)深度融合(he)，就像給(gei)檢(jian)(jian)測(ce)技術(shu)植入一(yi)個(ge)‘智(zhi)慧大腦’，讓檢(jian)(jian)測(ce)變(bian)得更(geng)自(zi)動化，分析數(shu)據的(de)(de)能(neng)力(li)也更(geng)強，幫助實(shi)現工業產品從設(she)計到退役的(de)(de)全生(sheng)命周期智(zhi)能(neng)管理(li)。”研究團隊負(fu)責人李(li)衛彬(bin)說，對于檢(jian)(jian)測(ce)設(she)備的(de)(de)研發(fa)，除(chu)了高精(jing)度、智(zhi)能(neng)化，“今(jin)后還會更(geng)注(zhu)重(zhong)場(chang)景適配，讓現場(chang)快速檢(jian)(jian)測(ce)更(geng)高效(xiao)便捷，并推動這(zhe)項(xiang)技術(shu)在高溫、高速等(deng)極端情況下的(de)(de)應用，不(bu)斷(duan)提升(sheng)在復(fu)雜工程環境(jing)中的(de)(de)適應性(xing)(xing)和實(shi)用性(xing)(xing)。”

　　隨著技術的(de)持續(xu)進步，“非線性(xing)超聲檢測技術”將如(ru)同一張(zhang)無形的(de)安全網(wang)，延伸至(zhi)更多領域大展身手，為人類的(de)安全與發(fa)展保駕(jia)護航。

　　團隊名片

　　廈門(men)(men)大學重(zhong)大裝備(bei)健康(kang)(kang)管理研(yan)究(jiu)團(tuan)隊(dui)(dui)在首席科(ke)學家(jia)、國家(jia)高層次人才卿新(xin)林教(jiao)授的(de)指導(dao)下，由團(tuan)隊(dui)(dui)負責人、國家(jia)自然科(ke)學基金(jin)(jin)杰出青年(nian)基金(jin)(jin)獲(huo)得者李(li)衛彬教(jiao)授帶(dai)領，依托福建(jian)省智(zhi)能(neng)傳感(gan)與(yu)儀器協同創新(xin)中(zhong)心(xin)(xin)、廈門(men)(men)市航(hang)空結構(gou)完整性檢(jian)測(ce)(ce)與(yu)評價技術(shu)(shu)重(zhong)點(dian)實(shi)驗(yan)室、廈門(men)(men)大學航(hang)空維修與(yu)工程技術(shu)(shu)研(yan)究(jiu)中(zhong)心(xin)(xin)等科(ke)研(yan)平臺，面向空天飛行器重(zhong)大裝備(bei)質(zhi)量與(yu)服役(yi)安全的(de)核心(xin)(xin)需求，聚焦(jiao)先進傳感(gan)、無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)(ce)、健康(kang)(kang)監測(ce)(ce)與(yu)智(zhi)能(neng)結構(gou)等前沿方向，深入推進核心(xin)(xin)技術(shu)(shu)突破與(yu)工程應用。團(tuan)隊(dui)(dui)已建(jian)成(cheng)先進無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)(ce)實(shi)驗(yan)室、結構(gou)健康(kang)(kang)監測(ce)(ce)實(shi)驗(yan)室與(yu)先進傳感(gan)與(yu)儀器設計實(shi)驗(yan)室，形成(cheng)涵(han)蓋X射線檢(jian)測(ce)(ce)、電磁(ci)檢(jian)測(ce)(ce)、超聲檢(jian)測(ce)(ce)等關鍵技術(shu)(shu)的(de)研(yan)究(jiu)體(ti)系(xi)，為重(zhong)大裝備(bei)健康(kang)(kang)管理技術(shu)(shu)的(de)創新(xin)發展提供(gong)重(zhong)要支(zhi)撐。李(li)衛彬教(jiao)授及其團(tuan)隊(dui)(dui)2023年(nian)獲(huo)得國際無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)(ce)&結構(gou)健康(kang)(kang)監測(ce)(ce)領域-阿肯巴赫獎(Achenbach Medal)，2024遠(yuan)東(dong)無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)(ce)新(xin)技術(shu)(shu)論壇攀登獎(當(dang)年(nian)只(zhi)有兩位(wei)專家(jia)獲(huo)得)。