相控阵激光超声关键技术研究

发布时间：2017-06-25 15:10

  本文关键词：相控阵激光超声关键技术研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代工业的发展,对于无损检测的要求不断提高,超声检测也在常规超声检测的基础之上发展出超声相控阵技术和激光超声技术,本文重点研究相控阵激光超声检测的关键技术。本文首先研究超声检测的基本理论,介绍超声探伤的物理基础和描述超声声场的物理量。重点研究在理想声场情况下圆形换能器辐射产生的纵波声场,并在此基础上研究超声声场的声压分布、声场的指向性和半扩散角。而实际超声检测过程中超声换能器产生的声场为实际声场,实际声场与理想声场存在区别,分析了存在差距的原因。在了解声场的基础上,使用直探头发射超声相控探头接收超声信号,并实现超声成像。从理论上分析了实验的可行性,同时超声成像时提出适用于实验系统的虚拟聚焦算法,介绍成像原理、超声图像重构和超声信号的处理方法。在此基础上将超声源改为激光,提出一种相控发射的相控阵激光超声检测方法。使用ANSYS软件对激光超声热力学过程进行仿真,通过仿真得到激光辐射后的温度场变化和位移波形。在仿真的基础上,通过实验的方法对位移波形进行接收,同时利用实验系统对材料表面缺陷进行检测。多阵元接收、阵列激光设计和超声成像方法是相控阵激光超声的关键技术,基于这些关键技术设计了模拟多阵元接收和相控发射激光超声检测系统,实现了对材料内部缺陷和表面缺陷的检测。同时利用虚拟聚焦算法实现超声成像,将材料的缺陷信息直观反映出来,且成像的结果与实际相比较,成像结果与实际基本一致。本课题为相控阵激光超声检测进一步研究提供了基础。
【关键词】：超声检测 超声场 虚拟聚焦 激光超声 相控发射
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TB559
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 研究背景14-16
• 1.1.1 超声检测14-15
• 1.1.2 超声相控阵无损检测15
• 1.1.3 激光超声无损检测15-16
• 1.2 国内外研究现状16-18
• 1.2.1 国内研究现状16-18
• 1.2.2 国外研究现状18
• 1.3 课题的研究意义与主要内容18-20
• 第二章 超声波理论20-30
• 2.1 超声波探伤的物理基础20-21
• 2.1.1 超声波的迭加、干涉和衍射20
• 2.1.2 惠更斯原理20-21
• 2.2 描述超声场的物理量21-23
• 2.2.1 声压21-22
• 2.2.2 声阻抗22
• 2.2.3 声强22
• 2.2.4 声速22-23
• 2.3 超声波声场23-28
• 2.3.1 圆盘波源辐射的纵波声场23-26
• 2.3.1.1 波源轴线上的声压分布23-25
• 2.3.1.2 轴线外任意一点声压25-26
• 2.3.2 声束的指向性和半扩散角26-27
• 2.3.3 实际声场与理想声场27-28
• 2.4 超声衰减28-29
• 2.4.1 衰减原因28
• 2.4.2 衰减方程28-29
• 2.4.3 衰减系数29
• 2.5 本章小结29-30
• 第三章 模拟单发多收式相控阵激光超声30-48
• 3.1 超声检测原理30-32
• 3.1.1 超声检测的常用方法30-31
• 3.1.2 超声试块31
• 3.1.3 声速测定31-32
• 3.2 超声探头32-35
• 3.3 实验可行性分析35
• 3.4 波形接收35-41
• 3.4.1 对心接收36-38
• 3.4.1.1 对心波形36-37
• 3.4.1.2 衰减系数测定37
• 3.4.1.3 半扩散角测量37-38
• 3.4.2 反射式接收38-41
• 3.5 超声成像41-47
• 3.5.1 成像原理41-42
• 3.5.2 超声图像重构42-43
• 3.5.3 信号处理43-46
• 3.5.3.1 滤波处理44-45
• 3.5.3.2 包络提取45-46
• 3.5.4 成像结果及分析46-47
• 3.6 本章小结47-48
• 第四章 相控发射激光超声48-66
• 4.1 激光超声概述48-49
• 4.2 激光超声的激发原理49-50
• 4.2.1 热弹激励49
• 4.2.2 融蚀激励49-50
• 4.3 激光超声热力学仿真50-55
• 4.3.1 仿真理论51-52
• 4.3.2 仿真模型建立52-53
• 4.3.3 温度场变化53-54
• 4.3.4 材料表面位移波形54
• 4.3.5 对心接收波形54-55
• 4.4 波形接收55-58
• 4.4.1 表面波接收55-56
• 4.4.2 纵波信号接收56-58
• 4.4.2.1 对心接收56-57
• 4.4.2.2 反射式接收57-58
• 4.5 实验系统搭建58-63
• 4.5.1 激光器选型59-60
• 4.5.2 超声信号采集60-61
• 4.5.3 激光扫查方式61-62
• 4.5.4 实验方案及结果62-63
• 4.6 超声成像63-65
• 4.6.1 成像原理63-64
• 4.6.2 信号处理64
• 4.6.3 成像结果及分析64-65
• 4.7 本章小结65-66
• 第五章 总结与展望66-68
• 5.1 总结66-67
• 5.2 展望67-68
• 参考文献68-71
• 致谢71-72
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文72

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