隔热材料粘接胶层结构平面电容层析成像法无损检测系统研制

发布时间：2020-09-03 12:24

　　随着各国对高超声速飞行器的研究,其重要性逐渐体现出来,将成为相关领域的研究热点,并且会在未来的国防安全中起到重要作用。在飞行器飞行过程中,考虑到飞行器外部会处于较高温度的环境中,会在飞行器表面覆盖隔热层,来保证飞行器的安全,所以隔热材料与飞行器之间的粘接胶层结构的质量就会起着至关重要的作用。考虑到目前对这一目标的检测并没有很好的手段,本文通过改进电容层析成像技术来对胶层结构的缺陷进行检测研究。分析了电容层析成像技术的原理,将其运用在平面电容层析成像这一技术中,以此来达到对于材料较深处的胶层结构中缺陷的可视化检测。分析其传感器的构成,然后利用有限元仿真软件对传感器单元的各方面参数进行分析,最终确定了合适的传感器结构参数。之后对电容层析成像技术中的敏感场这一参数进行推导分析,并且利用仿真软件进行计算,作为最后图像重建的重要基础。设计并搭建了对传感器进行测量的整体系统结构,主要分为硬件和软件两大部分,硬件部分包括电容测量,电极之间的切换,以及数据的读取与发送。软件部分包括电脑与单片机之间的串口通信,数据的采集与保存,利用图像重建算法对数据进行计算,之后是图像的差值算法以及图像的保存与显示。与所设计的传感器一起形成一个整体的测量系统。研究了电容层析成像技术所采用的常用的一些图像重建算法。讨论了在这一技术中电容数值的归一化方面的问题,确定了合适的归一化手段。利用仿真软件对几种缺陷情况进行了仿真分析,之后利用仿真计算的数据进行了图像重建。分别利用了线性反投影算法、奇异值分解算法、标准Tikihonov正则化算法、Landweber迭代法、牛顿-拉普森迭代法这五种算法对仿真数值进行了计算,并且分析了各算法中某些参数对图像重建结果的影响,确定了合适的参数。通过引入相对电容残差这一图像重建指标对Landweber迭代算法进行了改进,在保证重建质量的基础上减少了算法的迭代次数与迭代时间。测试了所设计的测试系统的性能,利用所研制的测试系统对实验中模拟的胶层缺陷进行了检测,验证了平面电容层析成像技术在胶层缺陷检测中的可行性,对航空航天领域中无损检测的手段提供了一个新的发展思路。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V214;V414
【部分图文】：

平面,电容测量系统,电容层析成像,接结

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文像分割技术，检测误差能在 9%以内，但对于直径的识别。的郝魁红等人[14]将电容层析成像技术发展为平面成像方法，并研制系统进行了检测实验，最终结，分层，开孔进行可视化检测。温银堂[15]等人将类接结构上，其所搭建的平面电容层析成像系统如图极的传感器以及多路电容测量系统，之后对成像算量有较大的提高。

传感器,电容层析成像,电容成像,界面检测

ngi S.Na 等人[20]利用机电阻抗技术对玻璃纤维环氧验研究了不同频率下的检测结果，并且随后进行设置一个 2%的阈值，可以在一定程度上实现对玻监测。，在 2014 年，Stephen H. Taylor 等人开始研究进目的是为了检测热界面材料中是否存在空隙[21]。随电容层析成像技术并提出了新的图像重建手段[22]等人就开始了平面电容成像技术的研究，并设计了器[23]，对热界面材料进行了检测，其设计的系统他们利用这套设备进行了更深入的研究，对热界面检测的结果与事先制备好的缺陷情况基本一致[24]电极的 3D 成像研究，对电容层析成像系统的电极排列与 3D 电容层析成像之间的关系，对平面域的各项参数。但目前研究结果还处于仿真阶段[25]。

示意图,传感器,模型,示意图

层析成像技术对物体进行了 3D 重建的研究，通过设计的一个六面体六面体内不同位置的物体进行了图像重建的研究，并分析了不同面物体重建图像的情况。ao[34]等人设计了多种不同的用于流化床管道的电容传感器，并利用容数据进行了三维重建，以此来监测管道内部的气-固两相流的动态果表面设计出的传感器模型能够在一定程度上反应出管道内部气泡。并且表示为了提高计算结果的准确性，需要较高的数据采样频率。orte[35]等人利用电容层析成像技术分别对两种拥有不同相对介电常数检测实验，实验结论证实了此系统能够通过最终的成像数据检测到程中的不同组分的分布，也证明了电容层析成像技术在粉末的分离的研究潜力。hae[36]等人设计了一个 24 电极的锥形电容层析成像传感器，并将其运床的气固两相流的检测中，实现了锥形喷射床中物质分布的可视化的系统如图 1-3 所示。并且研究中还通过对传感器中的区域进行垂直维物质分布重建以及纵向的可视化检测。

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