激光超声无损检测声波增强方法及实验研究

发布时间：2020-08-29 12:37

　　 激光超声无损检测技术是非接触型的新型检测技术,具有灵敏度高、适用性强等优点,应用前景广阔。该技术还面临着一些亟待解决的问题,例如声波传播距离短、声波损耗和波形失真等问题,而造成这些问题的主要原因在于声波强度弱。目前激光超声无损检测声波增强方法主要包括表面处理技术、信号处理算法研究和大功率电源研究,其中电源功率是主要原因。本文从激光超声无损检测系统的激光超声电源入手,以提高电源输出电压使声波增强为目的,设计了新型的Nd:YAG固体激光器电源,搭建了实验平台,并进行了实验测试与验证。本文分析了激光超声无损检测声波增强方法,即表面处理技术、信号处理算法和大功率电源,尤其对激光超声声波增强电源进行了详细研究。通过分析激光超声的激发与接收机理,对激光超声电源设计原理进行了深入研究:采用脉宽调制(PWM)逆变器技术,设计了串联谐振式电压型逆变电路,实现了充电电路的恒流充电;放电电路采用LC单节放电形式,其控制电路采用触发器芯片控制;预燃电路及其控制电路采用半桥电路与芯片控制,实现恒流源预燃;高压触发电路采用多级变压器升压方式,实现了稳定触发;通过采用过流过压保护电路,实现了对电路短路、过热等故障的及时切断电源。为适应不同激光器对电源的要求,本文实现了电源放电电压的可调设计,电源放电电压为0到1400V,放电频率10Hz,最大输出功率1.5kW,Q延时范围0～300μs,输出能量可达500mJ。针对电源系统的时序控制要求,采用了嵌入式系统设计,即ARM+μC/OS-Ⅱ系统的嵌入式控制方案:CPU采用STM32作为主控芯片;嵌入μC/OS-Ⅱ多任务、实时操作系统。通过触摸屏调节放电电压,CPU外围电路包括RS-232串口调试、复位监控芯片等。嵌入式系统整体实现了对激光超声电源的良好控制,运行较为可靠。本文对实验平台进行了上电测试,通过对仪器测量与实验数据的分析,使用数字示波器观察波形情况,结果表明PWM波形稳定可靠,电磁干扰小;电源输出电压与功率可靠,满足要求,Q延时效果明显,能量输出值较高,可以接收到清晰准确的声波图像。实验结果表明电路设计与嵌入式系统设计运行稳定,达到了调节显示的目的。通过电源放电电压可调设计,可以对不同材料进行检测,实现了激光激发的热弹机制和烧蚀机制,达到了声波增强的目的。
【学位单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：TH878

【参考文献】

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本文编号：2808565