钢管自动化相控阵超声成像检测关键技术研究

发布时间：2017-08-23 17:28

  本文关键词：钢管自动化相控阵超声成像检测关键技术研究

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【摘要】：以钢管为代表的管材是管道的主体材料,对国民经济和人民生活产生重大影响,其质量优劣直接影响相关设备的运行性能和使用寿命,长期以来对无损检测技术具有强烈需求。而在各种无损检测方法中,超声无损检测技术以其对人体安全无害、携带声学信息丰富以及易于与信息技术相结合等优点,成为钢管质量监控的有效手段,并正朝相控阵超声无损检测方向发展。特别是相控阵超声无损检测技术除传承超声检测共性特点外,还具有波束柔性合成和自适应控制能力,能够有效减少检测盲区,在钢管检测中表现出明显的技术优势。但是,随着钢管生产应用的规模化与质量要求的严格化,传统的手工检测愈加难以适应现代化发展需要,业界对自动化检测的需求日益强烈。基于以上背景,本学位论文在国家自然科学基金项目"基于旋转声场的高性能自动化在线超声无损检测理论与实践研究"(NO.51175465)的资助下,提出开展钢管自动化相控阵超声成像检测关键技术研究。在分析相关检测理论和工艺,实现钢管内相控阵检测声场建模的基础上,解决实时高分辨率超声成像及成像结果友好表征等关键问题,并将机电一体化与相控阵超声无损检测技术相结合,研发一套钢管在线相控阵超声成像检测实验系统,开展相关实验研究,为实现钢管自动化在线超声成像检测奠定必要的技术基础。具体研究工作包括:第一章,论述钢管在国民经济和人民生活中的重要地位以及开展钢管相控阵超声无损检测的重要意义,系统总结相控阵超声无损检测相关技术的研究现状及其发展趋势。指出当前钢管检测所存在的主要问题,明确本文的研究内容,为后续章节的研究指明方向。第二章,分析相控阵超声波束的合成与控制原理,采用瑞丽积分法模拟液体介质中的相控阵辐射声场,并介绍常见的钢管相控阵超声成像技术。同时,提出钢管自动化相控阵超声成像检测系统的功能目标,在此基础上制定系统的总体方案,并规划每个功能模块的工作内容和实现形式,为后续研究工作奠定理论及技术基础。第三章,开展基于离散点源法的相控阵声场建模技术研究。在利用离散点源建模理论对液体介质和双层液固介质中的辐射位移场进行数值仿真的基础上,针对钢管自动化相控阵超声无损检测应用的特点,完成楔块-钢管叠层结构介质内相控阵超声检测声场的理论计算,并分析不同换能器参数对相控阵超声检测声场的影响,达到优化检测参数及实现声束在钢管感兴趣区域内聚焦的目的。第四章,开展钢管相控阵超声成像及其结果友好表征技术的研究。针对螺旋扫查成像的特点及实际螺距非均匀性的问题,在对A扫描检测数据进行动态提取的基础上,采用改进型双线性内插法将提取后的数据进行动态重采样,有效建立空间坐标与检测数据之间的定量关系,实现螺旋扫查方式下的钢管相控阵超声C成像。同时,采用分区RGB颜色映射的策略,高对比度分辨率转换成像数据,达到友好表征钢管相控阵超声成像结果的目的。第五章,基于分布式体系结构和模块化设计策略,以自主研发的多通道相控阵检测仪为功能核心部件,在完成相关硬件和上位机软件设计开发的基础上,成功研发出一套钢管自动化在线相控阵超声成像检测实验系统。同时,利用所研发的系统对无缝钢管开展相关实验研究,以验证本文相关理论与技术的可行性和有效性。第六章,对全文的研究工作进行总结,对将来的进一步研究进行展望。
【关键词】：钢管质量检测 相控阵超声成像 声场建模 图像友好表征
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG115.285
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 论文的研究背景及意义11-15
• 1.1.1 钢管具有广泛应用,对现代社会影响巨大11-12
• 1.1.2 超声无损检测是钢管质量监控的有效手段12-14
• 1.1.3 自动化相控阵超声成像检测技术优势明显14-15
• 1.2 相控阵超声无损检测相关技术研究现状及其发展趋势15-22
• 1.2.1 检测理论日趋完善,检测技术不断丰富15-17
• 1.2.2 应用范围日益拓展,新的设备不断涌现17-18
• 1.2.3 无损评价正在兴起,超声成像成为必然18-21
• 1.2.4 手工检测难当重任,自动检测需求强烈21-22
• 1.3 本文研究内容和章节安排22-25
• 第二章 钢管相控阵超声成像检测基础及系统总体方案25-35
• 2.1 钢管相控阵超声成像检测基础25-31
• 2.1.1 相控阵超声波束的合成与控制25-27
• 2.1.2 相控阵超声换能器的辐射声场27-30
• 2.1.3 钢管的相控阵超声成像检测技术30-31
• 2.2 钢管自动化相控阵超声成像检测系统总体方案31-34
• 2.2.1 功能目标31-32
• 2.2.2 总体方案32-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第三章 钢管相控阵检测声场的建模与优化35-52
• 3.1 引言35-36
• 3.2 基于DPSM的声场建模理论基础36-46
• 3.2.1 均匀液态介质下的声场建模36-39
• 3.2.2 各向同性固体介质中的点源振动传播39-44
• 3.2.3 液固界面处的声场线性方程组44-46
• 3.3 基于DPSM的相控阵检测声场建模方法46-48
• 3.3.1 双层介质内声波聚焦法则46-47
• 3.3.2 相控阵换能器辐射声场的计算47-48
• 3.4 声场的数值模拟及分析48-51
• 3.4.1 水-钢双层介质内检测声场的数值模拟48-49
• 3.4.2 楔块-钢管叠层结构介质内相控阵检测声场的模拟及分析49-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 钢管相控阵超声成像与结果的表征52-60
• 4.1 引言52
• 4.2 相控阵超声检测信号预处理52-55
• 4.2.1 超声回波信号消噪53-54
• 4.2.2 缺陷幅值动态提取54-55
• 4.3 钢管相控阵超声成像结果友好表征55-59
• 4.3.1 实时双线性内插重采样技术56-58
• 4.3.2 分区颜色映射与归一化处理58-59
• 4.4 本章小结59-60
• 第五章 钢管自动化相控阵超声成像检测系统60-74
• 5.1 系统研发60-71
• 5.1.1 硬件模块设计60-66
• 5.1.2 软件模块开发66-70
• 5.1.3 系统集成70-71
• 5.2 实验研究71-73
• 5.3 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 结论74-75
• 6.2 展望75-76
• 参考文献76-79

【参考文献】

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本文编号：726344