基于激光超声检测技术的损伤定位及成像算法研究
发布时间：2021-08-18 14:25
激光超声检测技术基于激光的热弹效应,利用激光器发射的高能激光脉冲激发出结构中的超声波,超声波可以在结构中传播并会受到结构中损伤的影响。利用传感器接收超声波信号并对信号进行分析处理,可以得到结构中的损伤信息。激光超声检测技术具有不需耦合剂、非接触和适用于曲面等结构检测的优点,具有广泛的应用前景。但是当前的基于波场重构的激光超声损伤成像算法依赖于密集的测量点,存在检测时间长、效率低的问题。针对大尺寸结构的检测,本文提出了基于激光超声检测技术的损伤定位算法和损伤成像算法。本文的主要工作内容包括:首先介绍了激光超声检测技术的原理,包括Lamb波的激发原理和Lamb波在结构中的传播特性;从硬件部分和软件部分两方面介绍了实验室搭建的激光超声检测系统;接着介绍了波场重构原理,以及基于波场重构的损伤成像算法,并分析了增大测量点间距对损伤成像效果的影响,说明了基于波场重构的损伤成像算法对密集测量点的依赖性;然后研究了基于S0模态异常能量的损伤定位算法,实现了大测量点间距下的损伤定位,并且研究了损伤参数对损伤定位效果的影响;最后研究了基于入射波异常能量的损伤成像算法,实现了损伤的精确...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
叠加波传播时的形状
南京航空航天大学硕士学位论文最高采样率可达 2.86 MS/s，具有 16 位分辨率，且可以同时输出 4 路±10V 范围内压信号，完全满足高精度激光扫描的需求。而机箱 PXIe-1082 具有 4 个 PXIe 混合插很好地将数据采集卡、模拟信号输出卡以及系统控制器集成起来，同时其每个插 的专用带宽完全满足数据采集卡以及模拟信号输出卡的传输速率需求。采用基于的 NI 硬件设备，可以将各设备很好地集成在一个机箱中，具有体积小、集成度高期短、性能可靠等优点，为激光超声检测系统稳定可靠地运行提供了硬件保障。(a) NI PXIe-1082 (b) NI PXIe-8133
(a) 波场图 (b) 波场能量流图图 3. 5 波场图与波场能量流图对比3.3.2 基于异常能量的损伤成像算法基于能量流的损伤成像算法可以通过观察 Lamb 波波场的能量是否连续来初步估计伤的位置，但是由于损伤造成的能量异常相比于 Lamb 波波场的能量非常微弱，这种方法能辨别损伤的形状和大小。为了进一步提高损伤成像的分辨率和灵敏度，可以去除健康区的 Lamb 波能量，而仅提取损伤处的异常能量作为特征值。对于结构中的健康区域，相邻测量点(62,60)和(60,60)处的 Lamb 波的能量只存在时间的延时和随距离的缓慢衰减，体现在 Lamb 波信号上如图 3.6(a)所示。在结构的损伤处，于反射、透射和衍射等各种现象，Lamb 波能量流动发生变化，损伤处的 Lamb 波能量会生突变，如图 3. 6(b)所示，相邻测量点(102,104)和(100,104)的 Lamb 波信号幅值出现了明差异。因此，可以通过对比相邻点的 Lamb 波异常能量来进行损伤的识别和成像。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于红外热像技术的涡轮叶片损伤评价研究进展[J]. 郭伟,董丽虹,王慧鹏,徐滨士. 航空学报. 2016(02)
[2]一种损伤反射波波场可视化的改进方法[J]. 吴郁程,裘进浩,张超,朱孔军,季宏丽. 中国激光. 2014(03)
[3]我国航空材料和结构先进无损检测技术之应用与发展[J]. 刘松平,刘菲菲,郭恩明,李乐刚,史俊伟. 无损检测. 2013(07)
[4]航空复合材料先进超声无损检测技术[J]. 周正干,肖鹏,刘航航. 航空制造技术. 2013(04)
[5]无损检测新技术在航空工业中的应用[J]. 张咏军,张咏红,王航宇. 无损检测. 2011(03)
[6]超声无损检测成像技术[J]. 李小娟,王黎,高晓蓉,王泽勇. 现代电子技术. 2010(21)
[7]Lamb波频散曲线的数值计算及试验验证[J]. 阎石,张海凤,蒙彦宇. 华中科技大学学报(城市科学版). 2010(01)
[8]红外热成像技术在无损检测中的应用[J]. 郭天太. 机床与液压. 2004(02)
[9]液体渗透检测的可靠性[J]. 刘晴岩. 无损检测. 2002(09)
[10]热成像技术发展综述[J]. 彭焕良. 激光与红外. 1997(03)
博士论文
[1]碳纤维复合材料的电磁涡流无损检测技术研究[D]. 程军.南京航空航天大学 2015
[2]基于激光超声检测金属材料表面缺陷的数值模拟[D]. 戴永.江苏大学 2011
[3]激光超声技术及其应用研究[D]. 何存富.清华大学 1995
本文编号：3350056
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
叠加波传播时的形状
南京航空航天大学硕士学位论文最高采样率可达 2.86 MS/s，具有 16 位分辨率，且可以同时输出 4 路±10V 范围内压信号，完全满足高精度激光扫描的需求。而机箱 PXIe-1082 具有 4 个 PXIe 混合插很好地将数据采集卡、模拟信号输出卡以及系统控制器集成起来，同时其每个插 的专用带宽完全满足数据采集卡以及模拟信号输出卡的传输速率需求。采用基于的 NI 硬件设备，可以将各设备很好地集成在一个机箱中，具有体积小、集成度高期短、性能可靠等优点，为激光超声检测系统稳定可靠地运行提供了硬件保障。(a) NI PXIe-1082 (b) NI PXIe-8133
(a) 波场图 (b) 波场能量流图图 3. 5 波场图与波场能量流图对比3.3.2 基于异常能量的损伤成像算法基于能量流的损伤成像算法可以通过观察 Lamb 波波场的能量是否连续来初步估计伤的位置，但是由于损伤造成的能量异常相比于 Lamb 波波场的能量非常微弱，这种方法能辨别损伤的形状和大小。为了进一步提高损伤成像的分辨率和灵敏度，可以去除健康区的 Lamb 波能量，而仅提取损伤处的异常能量作为特征值。对于结构中的健康区域，相邻测量点(62,60)和(60,60)处的 Lamb 波的能量只存在时间的延时和随距离的缓慢衰减，体现在 Lamb 波信号上如图 3.6(a)所示。在结构的损伤处，于反射、透射和衍射等各种现象，Lamb 波能量流动发生变化，损伤处的 Lamb 波能量会生突变，如图 3. 6(b)所示，相邻测量点(102,104)和(100,104)的 Lamb 波信号幅值出现了明差异。因此，可以通过对比相邻点的 Lamb 波异常能量来进行损伤的识别和成像。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于红外热像技术的涡轮叶片损伤评价研究进展[J]. 郭伟,董丽虹,王慧鹏,徐滨士. 航空学报. 2016(02)
[2]一种损伤反射波波场可视化的改进方法[J]. 吴郁程,裘进浩,张超,朱孔军,季宏丽. 中国激光. 2014(03)
[3]我国航空材料和结构先进无损检测技术之应用与发展[J]. 刘松平,刘菲菲,郭恩明,李乐刚,史俊伟. 无损检测. 2013(07)
[4]航空复合材料先进超声无损检测技术[J]. 周正干,肖鹏,刘航航. 航空制造技术. 2013(04)
[5]无损检测新技术在航空工业中的应用[J]. 张咏军,张咏红,王航宇. 无损检测. 2011(03)
[6]超声无损检测成像技术[J]. 李小娟,王黎,高晓蓉,王泽勇. 现代电子技术. 2010(21)
[7]Lamb波频散曲线的数值计算及试验验证[J]. 阎石,张海凤,蒙彦宇. 华中科技大学学报(城市科学版). 2010(01)
[8]红外热成像技术在无损检测中的应用[J]. 郭天太. 机床与液压. 2004(02)
[9]液体渗透检测的可靠性[J]. 刘晴岩. 无损检测. 2002(09)
[10]热成像技术发展综述[J]. 彭焕良. 激光与红外. 1997(03)
博士论文
[1]碳纤维复合材料的电磁涡流无损检测技术研究[D]. 程军.南京航空航天大学 2015
[2]基于激光超声检测金属材料表面缺陷的数值模拟[D]. 戴永.江苏大学 2011
[3]激光超声技术及其应用研究[D]. 何存富.清华大学 1995
本文编号：3350056
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