激光超聲無損檢測(cè)技術(shù)是非接觸型的新型檢測(cè)技術(shù),具有靈敏度高、適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),應(yīng)用前景廣闊。該技術(shù)還面臨著一些亟待解決的問題,例如聲波傳播距離短、聲波損耗和波形失真等問題,而造成這些問題的主要原因在于聲波強(qiáng)度弱。目前激光超聲無損檢測(cè)聲波增強(qiáng)方法主要包括表面處理技術(shù)、信號(hào)處理算法研究和大功率電源研究,其中電源功率是主要原因。本文從激光超聲無損檢測(cè)系統(tǒng)的激光超聲電源入手,以提高電源輸出電壓使聲波增強(qiáng)為目的,設(shè)計(jì)了新型的Nd:YAG固體激光器電源,搭建了實(shí)驗(yàn)平臺(tái),并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試與驗(yàn)證。本文分析了激光超聲無損檢測(cè)聲波增強(qiáng)方法,即表面處理技術(shù)、信號(hào)處理算法和大功率電源,尤其對(duì)激光超聲聲波增強(qiáng)電源進(jìn)行了詳細(xì)研究。通過分析激光超聲的激發(fā)與接收機(jī)理,對(duì)激光超聲電源設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了深入研究:采用脈寬調(diào)制(PWM)逆變器技術(shù),設(shè)計(jì)了串聯(lián)諧振式電壓型逆變電路,實(shí)現(xiàn)了充電電路的恒流充電;放電電路采用LC單節(jié)放電形式,其控制電路采用觸發(fā)器芯片控制;預(yù)燃電路及其控制電路采用半橋電路與芯片控制,實(shí)現(xiàn)恒流源預(yù)燃;高壓觸發(fā)電路采用多級(jí)變壓器升壓方式,實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定觸發(fā);通過采用過流過壓保護(hù)電路,實(shí)現(xiàn)了對(duì)電路短路、過熱等故障的及時(shí)切斷電源。為適應(yīng)不同激光器對(duì)電源的要求,本文實(shí)現(xiàn)了電源放電電壓的可調(diào)設(shè)計(jì),電源放電電壓為0到1400V,放電頻率10Hz,最大輸出功率1.5kW,Q延時(shí)范圍0～300μs,輸出能量可達(dá)500mJ。針對(duì)電源系統(tǒng)的時(shí)序控制要求,采用了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì),即ARM+μC/OS-Ⅱ系統(tǒng)的嵌入式控制方案:CPU采用STM32作為主控芯片;嵌入μC/OS-Ⅱ多任務(wù)、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)。通過觸摸屏調(diào)節(jié)放電電壓,CPU外圍電路包括RS-232串口調(diào)試、復(fù)位監(jiān)控芯片等。嵌入式系統(tǒng)整體實(shí)現(xiàn)了對(duì)激光超聲電源的良好控制,運(yùn)行較為可靠。本文對(duì)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了上電測(cè)試,通過對(duì)儀器測(cè)量與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,使用數(shù)字示波器觀察波形情況,結(jié)果表明PWM波形穩(wěn)定可靠,電磁干擾小;電源輸出電壓與功率可靠,滿足要求,Q延時(shí)效果明顯,能量輸出值較高,可以接收到清晰準(zhǔn)確的聲波圖像。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電路設(shè)計(jì)與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)行穩(wěn)定,達(dá)到了調(diào)節(jié)顯示的目的。通過電源放電電壓可調(diào)設(shè)計(jì),可以對(duì)不同材料進(jìn)行檢測(cè),實(shí)現(xiàn)了激光激發(fā)的熱彈機(jī)制和燒蝕機(jī)制,達(dá)到了聲波增強(qiáng)的目的。
【學(xué)位單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH878

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2808565