激光超声表面波的特性分析与量化表征研究

发布时间：2023-03-19 17:39

　　在飞机发动机主轴、微型电路板等精密仪器以及重要零器件等制造和使用上,材料表面微裂纹的产生和生长很大程度上直接影响材料的特性和产品的最终性能。在此,本文基于K-wave建立激光超声金属铝板表面缺陷检测模型,研究激励源激发的表面波与表面缺陷的相互作用过程,进而对采集到的信号进行各种分析方法的处理,提取缺陷深度与超声敏感特征的定量关系。本文结合超声波控制方程、k-space算法等来详细阐述金属材料表面缺陷建模流程,建立激励源激发超声波模型,分析了激光点源不同半径、线源不同宽度、线源阵列数目对激发超声表面波的波形特征,并进行对比分析;对不同缺陷深度的反射波与透射波信号进行时域和频域分析;研究了超声波与缺陷凹槽边界相互作用后产生的振荡信号机理及缺陷尺寸对振荡信号传播特性的影响。针对金属铝板表面缺陷的信噪比低引起的特征提取困难等问题,本文采用EMD算法、小波阈值(硬阈值、软阈值、半软阈值)法对仿真采集到的反射回波进行降噪预处理,根据信噪比(SNR)与均方根误差(RMSE)对这几种方法的去噪性能进行评价。结果表明,小波半软阈值去噪方法获得了较高的信噪比和最小的均方根误差,从而达到了最佳的降噪效果。将...

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景及意义
    1.2 国内外研究现状与发展动态
        1.2.1 激光超声缺陷检测技术研究现状
        1.2.2 激光超声数值分析方法研究现状
        1.2.3 激光超声特征信号分析研究现状
    1.3 本文主要研究内容
2 激光超声激励源对表面缺陷检测的影响分析
    2.1 铝板表面缺陷模型的建立及参数设置
    2.2 单脉冲点源激发超声表面波的波形特征
    2.3 激光线源激发超声表面波的波形特征
        2.3.1 线源宽度对激发表面波的影响
        2.3.2 线源阵列数目对激发表面波的影响
    2.4 不同激励源激发超声波信号特征对比
    2.5 本章小结
3 表面波与缺陷多维尺寸相互作用分析
    3.1 不同探测位置处的表面波特性
    3.2 表面缺陷深度变化时表面波信号特征分析
        3.2.1 反射波时频域特征
        3.2.2 透射波时频域特征
    3.3 凹槽缺陷边界引起的振荡信号分析
        3.3.1 缺陷凹槽边界引起的振荡信号产生机理
        3.3.2 不同缺陷深度振荡信号的传播特性
        3.3.3 不同缺陷宽度振荡信号的传播特性
    3.4 本章小结
4 基于EMD和小波阈值的缺陷信号降噪分析
    4.1 激光超声信号的EMD去噪
    4.2 激光超声信号的小波阈值去噪
        4.2.1 小波阈值去噪原理
        4.2.2 小波阈值函数
    4.3 SNR与 RMSE对超声信号降噪效果评价
        4.3.1 仿真模拟信号结果
        4.3.2 实验数据结果
    4.4 本章小结
5 基于阈值频率的缺陷深度量化表征研究
    5.1 小波变换理论
    5.2 阈值频率分析原理
    5.3 反射波与透射波信号的小波分析
        5.3.1 小波基的选取
        5.3.2 频谱能量分析
        5.3.3 阈值频率与缺陷深度的拟合
    5.4 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果
致谢



本文编号：3765672