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摘要
无砟轨道是典型的非连续阻抗粘接结构，在重载、环境恶化等原因的影响下，脱粘现象频发，严重危及列车运行安全。基于恒定声速的超声检测方法忽略了介质声阻抗之间的差异，导致声束难以在缺陷处聚焦，误差大。采用线性周期阵列的全矩阵捕获方式，利用全矩阵数据进行成像，可获得脱粘缺陷的位置和形状，但该方法数据量大，成像效率低。针对此问题，提出一种高精度阵列超声快速成像方法。建立考虑层间声速差异的非连续阻抗粘接结构声速理论模型，采用射线追踪方法获取声波在介质中的传播路径和时间。基于实数编码设计高自由度稀布阵列，构建稀布阵列合成孔径聚焦（SAFT，synthetic aperture focusing technique）成像，提高检测效率。在无砟轨道结构上的实验结果表明：射线追踪方法能够准确计算超声波的传播路径和传播时间，提高了检测精度；优化设计的稀布阵列方向图主瓣宽度窄，旁瓣增益低，提高了检测效率和声场指向性；脱粘缺陷成像误差在±5%以内时，稀布阵列SAFT成像方法效率提高了30.9%，为该类缺陷检测提供了理论支撑。
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