基于多抽样率的钢结构超声应力检测技术研究
发布时间：2021-04-09 20:08
在人们使用各种材料的长期实践中,有大量的材料破坏现象,这些给人们带来很多灾难性的事故。很多情况下,这些材料的破坏和使用它所制成的构件上的残余应力和加载应力有很大关系,所以,测量构件所受应力很有必要。本文基于超声表面波的声弹性理论,研究了超声表面波在固体介质表面的传播特性和表面应力的关系,建立了介质表面应力和表面波传播时间差的关系,优化了声弹性公式,为超声应力检测提供了理论依据。设计了一个便携式超声波信号发射和接收的系统,使实验过程更简便,为后续实现便携式在线监测提供基础。论文的研究内容简介如下:首先,介绍了课题研究的背景及意义,之后对超声应力表面波检测技术、超声信号处理的研究现状和发展做了介绍。对超声波的几种类型做了详细介绍,介绍了不同超声波检测方法的优缺点及选择表面波检测的依据,分析了表面波的特点和影响表面波声速的因素,引出基于表面波进行应力检测的声弹性理论,并推导简化了基于声弹性理论检测所用到的公式。然后,着手设计并制作了以FPGA为核心的超声信号发射和接收电路系统。其中,超声信号发射和接收电路系统包括超声激励信号放大电路、模拟前端信号调理电路、ADC采样电路、数据采集传输电路以及...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MAX4940单通道内部简化框图
电子科技大学硕士学位论文20频率为5Mhz时，在上述电压条件下高压侧和低压侧消耗电流为30mA。使用电路如下图3-3所示，在布线时，需分别让各组信号输入线尽可能靠近并且尽量短距等长，对于供电电源选型将在后面详细介绍。图3-3MAX4940激励信号放大图
第三章超声波信号发射与接收系统设计213.2信号调理电路设计超声表面波经过发射探头发出，在介质中传递到接收探头，接收探头接收到的信号幅值较小，不便于我们对信号进行后续的数据处理过程，所以我们需要增加信号放大的过程，将小幅值的信号放大，使信号幅值差别更明显。一般情况下，传感器的输出阻抗很高，要使我们的放大过程能正常工作，则需要首先在传感器的输出信号后加入信号跟随电路，减少传感器输出信号的能量衰减，降低后续信号处理的难度。为了较小信号本来的干扰和放大过程中带来的干扰，需要加入滤波电路对信号进行滤波，在一定程度上减小噪声信号。本论文所选用的模数转换器（ADC）的输入方式为差分输入，而超声传感器的输出信号为单端输出，所以需要一个单端转差分的信号处理电路。将单端信号转换为差分信号在电路中进行传输能提高超声表面波信号的抗干扰能力，提高共模抑制比，保证信号的完整性，同时也能提高信号的信噪比。3.2.1电压跟随电路设计为了减小接收传感器输出信号的衰减并增加输出信号的驱动能力，我们选用AD8055这个单运放来实现这个功能。AD8055这款运放噪声低只有6nVHz，它使用的是电压反馈型结构能提供电流反馈型运放通常具有的带宽和压摆率，在增益为1时，带宽能够达到300Mhz，低于8mA的工作电流，而且方便使用，具有低失真、低直流误差和低成本的特点。且此运放电源抑制比（PSRR）即输入电源波动与信号输出波动的比值高于70dB，能有效减少电源变化对信号输出的影响，应用电路如图3-4所示。图3-4跟随电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]核电设备的焊接残余应力研究现状及调控措施[J]. 付强,罗英,刘兆东,闵远胜,高颖贤,郑浩,王昫心. 电焊机. 2019(09)
[2]钢轨踏面的空气耦合超声检测方法[J]. 常俊杰,李媛媛,胡宸,邬瑞峰,卢超. 应用声学. 2019(03)
[3]超声波的物理特性及医学应用[J]. 谢银月,唐懿文,徐申婷. 中国教育技术装备. 2019(02)
[4]激光超声技术在航空复合材料无损检测中的应用[J]. 胡婷萍,高丽敏,杨海楠. 航空制造技术. 2018(19)
[5]金属材料残余应力的测定方法[J]. 巴发海,李凯. 理化检验(物理分册). 2017(11)
[6]材料早期损伤的非线性超声诊断[J]. 门平,董世运,康学良,国瑞,闫世兴. 仪器仪表学报. 2017(05)
[7]板壳结构中的非线性兰姆波[J]. 刘瑶璐,胡宁,邓明晰,赵友选,李卫彬. 力学进展. 2017(00)
[8]基于电磁超声的铝板缺陷识别方法[J]. 汪开灿,许霁,翟国富. 浙江大学学报(工学版). 2014(11)
[9]巴特沃斯低通滤波器优化设计与仿真研究[J]. 林开司,张露,林开武. 重庆工商大学学报(自然科学版). 2014(06)
[10]小孔法测量残余应力[J]. 李未龙,余立,汪选国. 武钢技术. 2013(06)
博士论文
[1]管道磁致伸缩导波检测机理及传播特性研究[D]. 龙盛蓉.南昌大学 2014
硕士论文
[1]TC4钛合金环轧件残余应力的超声检测[D]. 伍晶晶.南昌航空大学 2019
[2]压电冲击传感器动态响应研究[D]. 雷霆.中国工程物理研究院 2019
[3]基于反射纵波的压力容器压力测量方法研究[D]. 毕瑶.浙江大学 2014
本文编号：3128238
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MAX4940单通道内部简化框图
电子科技大学硕士学位论文20频率为5Mhz时，在上述电压条件下高压侧和低压侧消耗电流为30mA。使用电路如下图3-3所示，在布线时，需分别让各组信号输入线尽可能靠近并且尽量短距等长，对于供电电源选型将在后面详细介绍。图3-3MAX4940激励信号放大图
第三章超声波信号发射与接收系统设计213.2信号调理电路设计超声表面波经过发射探头发出，在介质中传递到接收探头，接收探头接收到的信号幅值较小，不便于我们对信号进行后续的数据处理过程，所以我们需要增加信号放大的过程，将小幅值的信号放大，使信号幅值差别更明显。一般情况下，传感器的输出阻抗很高，要使我们的放大过程能正常工作，则需要首先在传感器的输出信号后加入信号跟随电路，减少传感器输出信号的能量衰减，降低后续信号处理的难度。为了较小信号本来的干扰和放大过程中带来的干扰，需要加入滤波电路对信号进行滤波，在一定程度上减小噪声信号。本论文所选用的模数转换器（ADC）的输入方式为差分输入，而超声传感器的输出信号为单端输出，所以需要一个单端转差分的信号处理电路。将单端信号转换为差分信号在电路中进行传输能提高超声表面波信号的抗干扰能力，提高共模抑制比，保证信号的完整性，同时也能提高信号的信噪比。3.2.1电压跟随电路设计为了减小接收传感器输出信号的衰减并增加输出信号的驱动能力，我们选用AD8055这个单运放来实现这个功能。AD8055这款运放噪声低只有6nVHz，它使用的是电压反馈型结构能提供电流反馈型运放通常具有的带宽和压摆率，在增益为1时，带宽能够达到300Mhz，低于8mA的工作电流，而且方便使用，具有低失真、低直流误差和低成本的特点。且此运放电源抑制比（PSRR）即输入电源波动与信号输出波动的比值高于70dB，能有效减少电源变化对信号输出的影响，应用电路如图3-4所示。图3-4跟随电路
【参考文献】：
期刊论文
[1]核电设备的焊接残余应力研究现状及调控措施[J]. 付强,罗英,刘兆东,闵远胜,高颖贤,郑浩,王昫心. 电焊机. 2019(09)
[2]钢轨踏面的空气耦合超声检测方法[J]. 常俊杰,李媛媛,胡宸,邬瑞峰,卢超. 应用声学. 2019(03)
[3]超声波的物理特性及医学应用[J]. 谢银月,唐懿文,徐申婷. 中国教育技术装备. 2019(02)
[4]激光超声技术在航空复合材料无损检测中的应用[J]. 胡婷萍,高丽敏,杨海楠. 航空制造技术. 2018(19)
[5]金属材料残余应力的测定方法[J]. 巴发海,李凯. 理化检验(物理分册). 2017(11)
[6]材料早期损伤的非线性超声诊断[J]. 门平,董世运,康学良,国瑞,闫世兴. 仪器仪表学报. 2017(05)
[7]板壳结构中的非线性兰姆波[J]. 刘瑶璐,胡宁,邓明晰,赵友选,李卫彬. 力学进展. 2017(00)
[8]基于电磁超声的铝板缺陷识别方法[J]. 汪开灿,许霁,翟国富. 浙江大学学报(工学版). 2014(11)
[9]巴特沃斯低通滤波器优化设计与仿真研究[J]. 林开司,张露,林开武. 重庆工商大学学报(自然科学版). 2014(06)
[10]小孔法测量残余应力[J]. 李未龙,余立,汪选国. 武钢技术. 2013(06)
博士论文
[1]管道磁致伸缩导波检测机理及传播特性研究[D]. 龙盛蓉.南昌大学 2014
硕士论文
[1]TC4钛合金环轧件残余应力的超声检测[D]. 伍晶晶.南昌航空大学 2019
[2]压电冲击传感器动态响应研究[D]. 雷霆.中国工程物理研究院 2019
[3]基于反射纵波的压力容器压力测量方法研究[D]. 毕瑶.浙江大学 2014
本文编号：3128238
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