非金属复合材料阵列化阻抗测量系统设计

发布时间：2017-06-02 09:26

  本文关键词：非金属复合材料阵列化阻抗测量系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多种新型、先进的非金属复合材料已被广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域,然而,受环境、原材料、疲劳累积、撞击、腐蚀等物理化学因素的影响,复合材料极易产生缺陷。声阻法是应用较为广泛的一种非金属复合材料无损检测方法,但利用现有的单探头声阻检测仪进行复合材料检测时,需不断地移动探头进行逐点检测、检测效率较低、不适于复合材料大构件的检测,因此,极需要设计一种高效、便捷、适用性强的非金属复合材料检测系统。本文在对国内外相关技术进行了充分研究的基础上,基于波传播法声阻抗测量原理,研发了一套非金属复合材料阵列化阻抗测量系统。系统由电磁式激震-捡振器阵列、激励信号发生器、激励信号调理电路、多路阵列控制开关、信号采集、接收信号调理电路、供电电源等硬件系统和基于LabVIEW平台的系统控制和信号分析处理软件系统组成,其中系统控制软件包括激励信号生成控制、阵列开关控制、信号采集控制等模块;信号分析处理软件包括FIR与IIR数字滤波器、中值滤波器、小波阈值去噪、改进的CEEMD阈值降噪、相关分析时延估计、CEEMD分解时延估计、幅值和频率分析及S变换时频分析等。系统具有一发单收和一发多收选择功能。工作于一发单收模式时,采用单点激励,单点接收;一发多收模式时,可单点激励,多点接收,激励与接收模式通过软件系统柔性设置。系统基于被测物体内部结构不同,产生的力阻抗不同,从而导致材料声阻抗特性发生变化的检测原理,采用单模或多模方式激励被测件并获取经过被测件传递后的多路响应信号,通过分析阵列激励与响应信号,实现对复合材料内部性能的检查。最后,本文对系统的激震性能、捡振性能、工作模式柔性控制功能的可靠性和稳定性进行了测试和分析,并将该系统应用于复合板的缺陷检测试验:1)对于无损伤标准板,利用本系统对该板进行正弦扫频激励,使用多个捡振器接收板的振动响应,分析了该板的频响特性随检测距离的变化规律,得到了该板的阵列化阻抗特征值;2)进行了缺陷检测的简单试验,用相同的布设方案和激震方式检测了损伤板的阵列化阻抗特性,用阵列化阻抗值的差异来表征缺陷,完成对复合材料的缺陷检测,验证了本系统的可行性和可靠性。
【关键词】：非金属复合材料 阵列化阻抗 电磁式激震-捡振器 阵列开关 数字I/O
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33;TB302
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 研究背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-19
• 1.2.1 复合材料声阻法检测研究现状12-16
• 1.2.2 振动测量系统简介16-19
• 1.3 本文的主要研究内容和框架19-21
• 2 检测系统总体设计21-30
• 2.1 非金属复合材料阵列化阻抗测量原理21-26
• 2.1.1 系统频响函数的概念及物理意义22-23
• 2.1.2 复合材料阵列化阻抗23-25
• 2.1.3 基于阵列化阻抗的缺陷判定25-26
• 2.2 阵列化阻抗测量系统工作过程26-27
• 2.3 系统总体设计方案27-29
• 2.4 系统指标29
• 2.5 本章小结29-30
• 3 系统硬件设计30-43
• 3.1 系统硬件整体结构30
• 3.2 激震-捡振一体化模块设计30-32
• 3.3 激励信号发生器设计32-35
• 3.3.1 模拟信号生成子模块32-34
• 3.3.2 激励信号功率放大器模块34-35
• 3.4 振动信号放大、采集模块设计35-39
• 3.4.1 接收信号调理电路35-38
• 3.4.2 信号采集模块38-39
• 3.5 阵列开关模块设计39-42
• 3.6 供电电源设计42
• 3.7 本章小结42-43
• 4 系统软件设计43-61
• 4.1 软件系统总体设计43-46
• 4.1.1 软件总结构设计43-44
• 4.1.2 软件总工作过程44-45
• 4.1.3 软件界面设计45-46
• 4.2 控制模块设计46-52
• 4.2.1 激励信号生成控制模块46-48
• 4.2.2 振动接收控制模块48-50
• 4.2.3 阵列开关控制模块50-52
• 4.3 数据处理与分析52-60
• 4.3.1 信号滤波去噪研究52-57
• 4.3.2 时域分析57-59
• 4.3.3 时频分析59-60
• 4.4 本章小结60-61
• 5 系统测试与试验验证61-75
• 5.1 激励信号发生器性能测试61
• 5.2 捡振性能测试61-64
• 5.2.1 幅值特性测试62-63
• 5.2.2 相位特性测试63-64
• 5.3 阵列开关性能测试64-67
• 5.3.1 激震阵列开关性能测试64-66
• 5.3.2 捡振阵列开关性能测试66-67
• 5.4 系统误差测试67
• 5.5 复合板检测试验67-74
• 5.5.1 试验方案68-69
• 5.5.2 试验分析69-74
• 5.6 本章小结74-75
• 6 总结与展望75-76
• 参考文献76-81
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果81-82
• 致谢82-83

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