提到B超、超声造影等超声检测技术，想必大家都不陌生。在人体健康检查中，常会用到超声检查，它就像“透视眼”一样，能够精准获取身体器官内部的结构信息，帮助医生精准诊断早期病变，让患者及时得到治疗，减少健康风险。
但是，你知道翱翔云端的钢铁巨鹰——飞机也需要定期做“B超”吗？
飞机在高空飞行时，要穿梭于复杂多变的环境，承受各种极端压力，机体也面临着与人体相似的“健康烦恼”。它内部的一些细微裂纹、孔隙，还有因长时间使用产生的疲劳损伤，在高应力、高温度和高速飞行时气动压力的“轮番攻击”下，可能会越来越严重，对飞行安全构成了巨大的潜在威胁。所以，定期给飞机“体检”，是保障飞行安全的必然选择。
飞机结构常见损伤（来源网络）
然而，传统检测方法如同一场“外科手术”，需要对飞机部件进行拆解，不仅耗时费力，而且还会对飞机结构造成一定程度的损伤。普通超声检测适用于检查较大尺度的损伤，如果遇到“细如发丝”的微小损伤，它就有点“力不从心”，很难提供准确有效的诊断信息。
如何在不损伤机体的前提下，实现更精准有效的检测呢？厦门大学重大装备健康管理技术研究团队自主研发的“非线性超声检测技术”破解了这一难题。近年来，在航空航天学院李卫彬教授带领下，团队聚焦飞行器及其关键部件的服役安全需求，开启了一系列科研探索，最终利用超声波的非线性效应，成功研发出了具备高精度微损伤检测能力的“利器”，并在飞行器和航空发动机这些重大装备中完成了验证与工程应用。
和传统的超声检测方法比起来，“非线性超声检测技术”对微小损伤和早期损伤特别“敏感”。它的原理很巧妙，就像给飞机做一次高精度的“全身扫描”，会向飞机材料发射不同频率的超声波，当这些声波在传播过程中遇到微小损伤时，便像触发了机关的“信号灯”一样，产生和频与差频信号。这些新产生的信号，就如同微小损伤留下的“指纹”，可以帮助我们准确定位材料早期损伤的位置，还能监测它的变化。
基于非线性超声的金属结构近表面微裂纹成像
（实验人员在隔振平台上进行实验，检测对象的近表面含有微米级的微裂纹。如图所示，操作人员手里拿着两个传感器，形成一条检测路径，一个作为激励端，通过振动产生超声信号，另一个作为接收端，用来接收超声信号。检测路径上如果存在损伤，接收信号的非线性成分会增加，通过对比检测路径健康状况和损伤状况下接收信号中的非线性成分，就可以知道路径上是否存在损伤。通过布置多条路径，路径间就像蜘蛛网一样交织在一起，形成多个交点，经过损伤的路径会高亮显示，他们的交点就是损伤存在的位置。成像结果展示出非线性超声可以检测出金属板近表面的微裂纹损伤。）
不管是发动机涡轮叶片上毫米级、微米级的小损伤，还是复合材料结构层与层之间的脱粘，又或是微裂纹、材料性能劣化这些早期损伤，“非线性超声检测技术”都能在不损伤飞机结构的前提下，精准地“揪出”这些潜在隐患。这样一来，就能及时对飞机进行维修和保养，保障飞机的飞行安全。该技术已在国产大飞机C919的关键环节中完成验证，为结构稳定性与安全性提供了技术支持。
凭借着对材料微损伤的高灵敏度，“非线性超声检测技术”不仅从实验室成功走向工程应用，还迅速在多个新兴领域“生根发芽”。在新能源领域，它可以化身“安全卫士”，评估风电叶片结构的完整性、检测电池缺陷、监测核电压力容器辐照损伤；在微电子与半导体领域，它能帮助检测硅片的质量，为产业发展把好质量关；在先进制造领域，它还能参与评价增材制造构件的质量，评估复合材料结构的性能，推动制造业迈向新高度......
“未来，这项技术还可以与智能化检测手段深度融合，就像给检测技术植入一个‘智慧大脑’，让检测变的更自动化，分析数据的能力也更强，帮助实现工业产品从设计到退役的全生命周期智能管理。”研究团队负责人李卫彬说，对于检测设备的研发，除了高精度、智能化，“今后还会更注重场景适配，让现场快速检测更高效便捷，并推动这项技术在高温、高速等极端情况下的应用，不断提升在复杂工程环境中的适应性和实用性。”
随着技术的持续进步，“非线性超声检测技术”将如同一张无形的安全网，延伸至更多领域大展身手，为人类的安全与发展保驾护航。
【团队名片】
厦门大学重大装备健康管理研究团队在首席科学家、国家高层次人才卿新林教授的指导下，由团队负责人、国家自然科学基金杰出青年基金获得者李卫彬教授带领，依托福建省智能传感与仪器协同创新中心、厦门市航空结构完整性检测与评价技术重点实验室、厦门大学航空维修与工程技术研究中心等科研平台，面向空天飞行器重大装备质量与服役安全的核心需求，聚焦先进传感、无损检测、健康监测与智能结构等前沿方向，深入推进核心技术突破与工程应用。团队已建成先进无损检测实验室、结构健康监测实验室与先进传感与仪器设计实验室，形成涵盖X射线检测、电磁检测、超声检测等关键技术的研究体系，为重大装备健康管理技术的创新发展提供重要支撑。李卫彬教授及其团队2023年获得国际无损检测&结构健康监测领域-阿肯巴赫奖（Achenbach Medal）（每年全球1位），2024远东无损检测新技术论坛攀登奖（当年只有两位专家获得）。
（文/宣传部 巩林 图/厦门大学重大装备健康管理技术研究团队）
