基于缺陷散射特性的相控阵超声全聚焦成像方法研究

发布时间：2017-10-17 21:24

  本文关键词：基于缺陷散射特性的相控阵超声全聚焦成像方法研究

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【摘要】：相控阵超声通过设置不同的延时法则,可合成不同波束进行缺陷成像检测,具有扫查范围大,检测精度高等特点,是最具应用前景的超声无损检测技术之一。随着硬件技术的发展,相控阵超声检测系统得到了飞速发展,但相关信号后处理技术的发展较为缓慢,使得相控阵检测信号未获得有效地运用。其中主要的原因是缺乏有效的相控阵传感器合成波束及传播模型,对相控阵超声与缺陷的交互作用认识不足。针对以上问题,本文建立了相控阵超声检测的合成波束及其传播模型,利用有限元仿真对比研究了不同相控阵超声波束与典型缺陷交互作用的散射场分布规律,并分析了缺陷散射特性对相控阵超声成像检测的影响,以及缺陷散射特性对相控阵超声检测工艺制定的意义。在充分研究相控阵超声与缺陷交互作用的基础上,通过有限元仿真全阵列采集(FMC)过程,获取相控阵超声检测缺陷的全矩阵数据,根据全聚焦成像(TFM)原理设计了相控阵超声全聚焦成像软件,对两种典型缺陷进行了TFM成像,并分析了不同缺陷的TFM成像效果及缺陷散射特性对TFM成像的影响。以TFM成像为基础,从全矩阵数据中提取出缺陷的部分散射系数矩阵,对比研究了不同缺陷的部分散射系数矩阵图,提出了基于部分散射信息的缺陷识别方法,并对比分析了部分散射系数矩阵和全散射系数矩阵的关系。最后,通过实验验证了不同缺陷的相控阵超声全聚焦成像效果。
【关键词】：相控阵超声 缺陷散射特性 全聚焦成像 缺陷识别
【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】：TG115.285
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 课题研究背景和意义9-11
• 1.1.1 课题的研究背景9-10
• 1.1.2 课题的研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-13
• 1.2.1 相控阵超声技术发展概况11-12
• 1.2.2 相控阵超声成像方法研究12-13
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排13-14
• 1.4 本章小结14-15
• 第2章 相控阵超声成像检测基础15-23
• 2.1 超声成像检测15-17
• 2.1.1 超声成像检测原理15
• 2.1.2 超声成像检测方法15-17
• 2.2 相控阵超声检测17-20
• 2.2.1 相控阵超声检测原理17
• 2.2.2 相控阵超声换能器17-19
• 2.2.3 相控阵超声声束的控制19-20
• 2.3 相控阵阵元的辐射声场20-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第3章 相控阵超声在缺陷处的散射特性研究23-53
• 3.1 有限元仿真模型23-30
• 3.1.1 模型建立23-24
• 3.1.2 仿真参数的设置24-28
• 3.1.3 吸收边界对仿真结果的影响28-29
• 3.1.4 缺陷的设置29-30
• 3.2 相控阵超声与典型缺陷的交互作用30-51
• 3.2.1 缺陷全散射信息的提取30-32
• 3.2.2 相控阵超声与圆孔缺陷的交互作用32-40
• 3.2.3 相控阵超声与裂纹缺陷的交互作用40-51
• 3.3 缺陷散射特性对相控阵超声成像的影响51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 典型缺陷的相控阵超声全聚焦成像53-70
• 4.1 全聚焦成像方法53-55
• 4.1.1 全矩阵数据53-54
• 4.1.2 全聚焦成像算法54-55
• 4.2 相控阵超声全聚焦成像软件设计55-59
• 4.2.1 成像软件构架56-57
• 4.2.2 软件设计流程57-59
• 4.3 典型缺陷的相控阵超声全聚焦成像59-68
• 4.3.1 典型缺陷的全聚焦成像59-62
• 4.3.2 基于部分散射信息的缺陷识别62-68
• 4.4 本章小结68-70
• 第5章 相控阵超声检测全聚焦成像实验研究70-73
• 5.1 相控阵超声检测实验系统70-71
• 5.2 相控阵超声全聚焦成像实验验证71-72
• 5.3 本章小结72-73
• 总结与展望73-75
• 参考文献75-81
• 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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本文编号：1051134