本文關(guān)鍵詞：超聲換能器聲場特性自動化檢測技術(shù)的研究

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【摘要】：超聲無損檢測技術(shù)作為質(zhì)量監(jiān)控的有效手段,廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)、國民經(jīng)濟以及國防建設(shè)等各個領(lǐng)域。而換能器作為該技術(shù)的核心部件,其相關(guān)性能特別是聲場分布特性對超聲檢測的覆蓋率、缺陷分辨率以及檢測范圍等都具有至關(guān)重要的影響。因此,開展超聲換能器聲場分布特性檢測技術(shù)的研究,對于換能器的研發(fā)及其應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義。然而,換能器聲場是一個空間分布的物理量,必須在空間搜索與定位的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)相應(yīng)聲壓的檢測,體現(xiàn)出檢測工作量大和精度要求高等特點,現(xiàn)有人工檢測手段已難以滿足超聲換能器聲場定量評價的需求�；谝陨媳尘�,本文在國家自然基金“基于旋轉(zhuǎn)聲場的高性能自動化在線超聲無損檢測理論與實踐研究”(NO.51175465)資助下,提出開展超聲換能器聲場特性自動化檢測技術(shù)的研究。在研究超聲換能器聲束特征參數(shù)自動檢測、三維聲場重建以及檢測結(jié)果圖像化表征等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,開發(fā)一套超聲換能器聲場特性自動化檢測系統(tǒng),以實現(xiàn)超聲換能器聲場分布特性定量檢測的目的,為超聲換能器的開發(fā)與應(yīng)用提供必要的技術(shù)手段。具體研究工作包括：第一章,論述了開展超聲換能器聲場特性檢測技術(shù)研究的重要意義,系統(tǒng)總結(jié)了超聲換能器聲場檢測相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢,明確目前聲場特性檢測所面臨的技術(shù)障礙,為本文研究指明了方向。第二章,建立了超聲換能器的輻射聲場理論模型,分析了換能器聲場能量的分布,并確定了定量表征超聲換能器聲束的特征參數(shù)。同時,完成了超聲換能器聲場特性自動化檢測系統(tǒng)總體方案的設(shè)計,明確了有待解決的關(guān)鍵技術(shù)。第三章,利用二維聲壓實測數(shù)據(jù)的瑞利積分自適應(yīng)預測聲束特征點的空間位置,快速搜尋聲束特征目標點,并基于重采樣算法實現(xiàn)特征參數(shù)的自動化檢測,有效協(xié)調(diào)檢測效率與檢測精度之間的矛盾,發(fā)展了一種超聲換能器聲束特征參數(shù)自動化檢測技術(shù)。同時,建立了換能器聲波角譜傳播的空間頻域模型,通過合理選擇聲壓采集長度與間距以及對采集結(jié)果進行波數(shù)域的消噪處理,有效消除影響聲場重建精度的因素,并將時間維度信息融入基于三維FFT的角譜法中,實現(xiàn)了一種高精度三維聲場重建技術(shù)。第四章,在對聲場檢測數(shù)據(jù)進行線性插值和歸一化等預處理的基礎(chǔ)上,采用多模式顏色映射關(guān)系對預處理結(jié)果進行圖像映射,實現(xiàn)超聲換能器聲場特性檢測結(jié)果的高實時性動態(tài)顯示輸出。同時,利用MC(Matching Cubes)算法進行聲壓等值面的抽取,并結(jié)合上述聲場三維重建技術(shù),實現(xiàn)了超聲換能器聲場檢測結(jié)果的三維圖像化表征,直觀和友好地顯示輸出聲場的空間分布特性。第五章,基于分布式體系結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計策略,以工控機為中心測控單元,分別采用串口和PXI總線與基于PLC的運動控制器和基于PXI總線的數(shù)字式超聲檢測板卡進行信息交互,進而在控制三軸運動機構(gòu)帶動超聲換能器掃查運動的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)超聲信號的發(fā)射、接收及其數(shù)字化處理,研發(fā)出一套超聲換能器聲場特性自動化檢測系統(tǒng)。同時,還利用該系統(tǒng)開展實驗研究,證實本文所研發(fā)技術(shù)與系統(tǒng)的可行性和有效性。第六章,對全文工作進行了總結(jié),對以后更深入的研究進行展望。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TB552

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