超声换能器声场特性自动化检测技术的研究

发布时间：2017-12-18 06:24

  本文关键词：超声换能器声场特性自动化检测技术的研究

  更多相关文章： 超声换能器声场特性 声束特征参数 声场重建 图像化表征 自动化检测

【摘要】：超声无损检测技术作为质量监控的有效手段,广泛应用于现代工业、国民经济以及国防建设等各个领域。而换能器作为该技术的核心部件,其相关性能特别是声场分布特性对超声检测的覆盖率、缺陷分辨率以及检测范围等都具有至关重要的影响。因此,开展超声换能器声场分布特性检测技术的研究,对于换能器的研发及其应用具有十分重要的现实意义。然而,换能器声场是一个空间分布的物理量,必须在空间搜索与定位的基础上,实现相应声压的检测,体现出检测工作量大和精度要求高等特点,现有人工检测手段已难以满足超声换能器声场定量评价的需求。基于以上背景,本文在国家自然基金“基于旋转声场的高性能自动化在线超声无损检测理论与实践研究”(NO.51175465)资助下,提出开展超声换能器声场特性自动化检测技术的研究。在研究超声换能器声束特征参数自动检测、三维声场重建以及检测结果图像化表征等关键技术的基础上,开发一套超声换能器声场特性自动化检测系统,以实现超声换能器声场分布特性定量检测的目的,为超声换能器的开发与应用提供必要的技术手段。具体研究工作包括：第一章,论述了开展超声换能器声场特性检测技术研究的重要意义,系统总结了超声换能器声场检测相关技术的研究现状及其发展趋势,明确目前声场特性检测所面临的技术障碍,为本文研究指明了方向。第二章,建立了超声换能器的辐射声场理论模型,分析了换能器声场能量的分布,并确定了定量表征超声换能器声束的特征参数。同时,完成了超声换能器声场特性自动化检测系统总体方案的设计,明确了有待解决的关键技术。第三章,利用二维声压实测数据的瑞利积分自适应预测声束特征点的空间位置,快速搜寻声束特征目标点,并基于重采样算法实现特征参数的自动化检测,有效协调检测效率与检测精度之间的矛盾,发展了一种超声换能器声束特征参数自动化检测技术。同时,建立了换能器声波角谱传播的空间频域模型,通过合理选择声压采集长度与间距以及对采集结果进行波数域的消噪处理,有效消除影响声场重建精度的因素,并将时间维度信息融入基于三维FFT的角谱法中,实现了一种高精度三维声场重建技术。第四章,在对声场检测数据进行线性插值和归一化等预处理的基础上,采用多模式颜色映射关系对预处理结果进行图像映射,实现超声换能器声场特性检测结果的高实时性动态显示输出。同时,利用MC(Matching Cubes)算法进行声压等值面的抽取,并结合上述声场三维重建技术,实现了超声换能器声场检测结果的三维图像化表征,直观和友好地显示输出声场的空间分布特性。第五章,基于分布式体系结构和模块化设计策略,以工控机为中心测控单元,分别采用串口和PXI总线与基于PLC的运动控制器和基于PXI总线的数字式超声检测板卡进行信息交互,进而在控制三轴运动机构带动超声换能器扫查运动的基础上,实现超声信号的发射、接收及其数字化处理,研发出一套超声换能器声场特性自动化检测系统。同时,还利用该系统开展实验研究,证实本文所研发技术与系统的可行性和有效性。第六章,对全文工作进行了总结,对以后更深入的研究进行展望。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB552

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