本文選題：軸類零件 + 超聲檢測�。� 參考：《西安科技大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：煤礦機(jī)械軸類零件長期在重載荷、潮濕、粉塵等惡劣環(huán)境下運(yùn)行,容易產(chǎn)生疲勞裂紋等缺陷,直接影響煤礦的安全生產(chǎn)。論文依托國家自然科學(xué)基金“煤礦機(jī)械關(guān)鍵零部件缺陷超聲信號提取與智能識別研究”(項目編號:51074121),針對煤礦機(jī)械軸類零件在役檢測的要求,對超聲探頭輻射空間的聲場、超聲回波機(jī)理以及缺陷信號的提取進(jìn)行了深入研究。論文從聲場計算理論出發(fā),以空間脈沖響應(yīng)為基礎(chǔ),研究了圓形和矩形換能器在半無限空間及斜楔塊條件下任意點(diǎn)空間脈沖響應(yīng)的計算方法,進(jìn)而分析其在輻射空間的瞬態(tài)聲壓分布規(guī)律,得到聲軸線上聲壓曲線,橫向聲束寬度等參數(shù)。針對空間脈沖響應(yīng)直接計算時采用很高的采樣頻率,導(dǎo)致數(shù)據(jù)量大、計算效率低下的問題,提出了一種脈沖響應(yīng)的快速算法,先用較高采樣頻率和較小步長計算換能器平面內(nèi)脈沖響應(yīng)作為原始數(shù)據(jù),再用較低頻率進(jìn)行插值運(yùn)算,并對計算參數(shù)的選擇進(jìn)行了分析,大大提高了計算效率。分析了超聲波從產(chǎn)生、介質(zhì)中傳播、缺陷耦合以及最后被探頭接收的全過程,建立了缺陷回波的數(shù)學(xué)模型,認(rèn)為缺陷回波是探頭表面振動特性與缺陷脈沖響應(yīng)的卷積。根據(jù)惠更斯疊加原理的思想,把缺陷和接收探頭離散成微小單元,接收到的超聲回波是每個缺陷微元散射超聲波的總和,利用空間脈沖響應(yīng)和基爾霍夫近似建立了超聲平面缺陷回波的數(shù)學(xué)模型,用大平面反射回波和大平面脈沖響應(yīng)進(jìn)行反卷積運(yùn)算求出探頭表面的振動特性,從聲本質(zhì)的角度闡明超聲散射回波的特點(diǎn),并詳細(xì)分析了探頭在不同偏置位置時缺陷脈沖響應(yīng)的特性,認(rèn)為缺陷回波是由直達(dá)波和邊緣波共同被缺陷散射后的結(jié)果,直達(dá)回波和邊緣回波極性相反,直達(dá)波的幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于邊緣波。針對煤礦機(jī)械軸類零件現(xiàn)場超聲檢測時受到非線性、非平穩(wěn)噪聲干擾的問題,研究了超聲信號的自適應(yīng)去噪方法,提出利用IMF分量與原信號的相關(guān)系數(shù)的大小關(guān)系來重構(gòu)超聲回波信號的去噪算法。該方法成功將儀器噪聲分解成獨(dú)立的IMF分量,自適應(yīng)性地重構(gòu)了超聲回波信號。對添加高斯白噪聲的大平面回波信號進(jìn)行經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?EMD)并重構(gòu),分解的IMF分量發(fā)生了模態(tài)混疊,針對這一問題,論文采用集成經(jīng)驗?zāi)Ｊ椒纸?EEMD)對超聲信號進(jìn)行處理,對EEMD分解的參數(shù)選擇進(jìn)行研究,用仿真超聲信號添加不同幅值比的噪聲,發(fā)現(xiàn)當(dāng)幅值比為0.9時,重構(gòu)信號的RMSE最小。用稀疏反卷積的方法從超聲回波中提取出缺陷信息,針對反卷積的病態(tài)問題,提出基于高階累積量和最優(yōu)—最小化(HOC-MM)的超聲信號反卷積算法。在超聲子波非因果、非最小相位的假設(shè)下,用ARMA模型對超聲探頭振動特性函數(shù)進(jìn)行建模,利用高階累積量構(gòu)造修正的Yule-Walker方程對模型參數(shù)進(jìn)行估計,該方法能夠準(zhǔn)確估計出超聲子波。以?1范數(shù)為基礎(chǔ),將稀疏反卷積過程轉(zhuǎn)化成有一個線性規(guī)劃問題,并利用最優(yōu)—最小化方法對?1范數(shù)正則化的代價函數(shù)進(jìn)行求解,最后得到介質(zhì)響應(yīng)函數(shù),實(shí)驗結(jié)果表明,該算法可以從時間序列中提取出缺陷的位置和大小等信息。
[Abstract]:Based on the theory of acoustic field calculation , this paper studies the calculation method of the impulse response of the ultrasonic probe in the field of semi - infinite space and oblique wedge block by using the spatial impulse response and the large - plane impulse response . An ultrasonic signal deconvolution algorithm based on high order cumulant and optimal - minimization ( HOC - MM ) is proposed by using sparse deconvolution method .

【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TD407

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本文編號：1819696