激光超聲無損檢測技術(shù)是非接觸型的新型檢測技術(shù),具有靈敏度高、適用性強等優(yōu)點,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度弱。目前激光超聲無損檢測聲波增強方法主要包括表面處理技術(shù)、信號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為目的,設(shè)計了新型的Nd:YAG固體激光器電源,搭建了實驗平臺,并進行了實驗測試與驗證。本文分析了激光超聲無損檢測聲波增強方法,即表面處理技術(shù)、信號處理算法和大功率電源,尤其對激光超聲聲波增強電源進行了詳細(xì)研究。通過分析激光超聲的激發(fā)與接收機理,對激光超聲電源設(shè)計原理進行了深入研究:采用脈寬調(diào)制(PWM)逆變器技術(shù),設(shè)計了串聯(lián)諧振式電壓型逆變電路,實現(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,實現(xiàn)恒流源預(yù)燃;高壓觸發(fā)電路采用多級變壓器升壓方式,實現(xiàn)了穩(wěn)定觸發(fā);通過采用過流過壓保護電路,實現(xiàn)了對電路短路、過熱等故障的及時切斷電源。為適應(yīng)不同激光器對電源的要求,本文實現(xiàn)了電源放電電壓的可調(diào)設(shè)計,電源放電電壓為0到1400V,放電頻率10Hz,最大輸出功率1.5kW,Q延時范圍0～300μs,輸出能量可達500mJ。針對電源系統(tǒng)的時序控制要求,采用了嵌入式系統(tǒng)設(shè)計,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)、實時操作系統(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)整體實現(xiàn)了對激光超聲電源的良好控制,運行較為可靠。本文對實驗平臺進行了上電測試,通過對儀器測量與實驗數(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。實驗結(jié)果表明電路設(shè)計與嵌入式系統(tǒng)設(shè)計運行穩(wěn)定,達到了調(diào)節(jié)顯示的目的。通過電源放電電壓可調(diào)設(shè)計,可以對不同材料進行檢測,實現(xiàn)了激光激發(fā)的熱彈機制和燒蝕機制,達到了聲波增強的目的。
【學(xué)位單位】：北方工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TH878

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 侯靜;鄭賓;郭華玲;;激光功率密度參數(shù)對激光超聲信號影響的研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2016年21期

2 曹建樹;曹振;趙龍飛;徐寶東;劉強;姬保平;;激光超聲管道表面裂紋檢測技術(shù)[J];光電工程;2016年03期

3 曾偉;王海濤;田貴云;胡國星;楊先明;萬敏;;基于波速分析的激光超聲檢測技術(shù)[J];無損檢測;2014年12期

4 郭佳;李四海;寧寧;李閔行;張昭;王丹;;激光超聲技術(shù)在無損檢測中的應(yīng)用[J];航空工程進展;2014年04期

5 張昭;肖迎春;李閔行;郭佳;王倩;;激光超聲技術(shù)在航空碳纖維復(fù)合材料無損檢測中的應(yīng)用[J];航空工程進展;2014年03期

6 宋燕星;王晶;馮其波;陳士謙;;激光參數(shù)及激光超聲探測方法對超聲信號影響[J];紅外與激光工程;2014年05期

7 馬保全;周正干;;航空航天復(fù)合材料結(jié)構(gòu)非接觸無損檢測技術(shù)的進展及發(fā)展趨勢[J];航空學(xué)報;2014年07期

8 周正干;孫廣開;李征;陳秀成;;復(fù)合材料層壓板鉆孔分層激光超聲檢測方法[J];機械工程學(xué)報;2013年22期

9 宋燕星;馮其波;王晶;陳士謙;;激光參數(shù)對激光激發(fā)超聲信號的影響分析[J];激光與紅外;2013年09期

10 周正干;肖鵬;劉航航;;航空復(fù)合材料先進超聲無損檢測技術(shù)[J];航空制造技術(shù);2013年04期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 姬保平;激光超聲管道檢測系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];北京石油化工學(xué)院;2016年

2 曹振;基于激光超聲的管道表面裂紋缺陷檢測機理研究[D];北京石油化工學(xué)院;2016年

3 檀麗莎;基于壓電技術(shù)的自適應(yīng)超聲振動切削用電源研究[D];北方工業(yè)大學(xué);2016年

4 冀敏;基于激光超聲波的管道缺陷無損檢測技術(shù)研究[D];西京學(xué)院;2016年

5 朱倩;基于激光超聲技術(shù)的層合結(jié)構(gòu)無損檢測方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2016年

6 李學(xué)松;智能溫控高頻電磁感應(yīng)加熱系統(tǒng)的研究[D];遼寧科技大學(xué);2016年

7 郭仿偉;雙向全橋LLC諧振變換器的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

8 張穎志;基于激光超聲技術(shù)的金屬表面缺陷檢測研究[D];大連理工大學(xué);2015年

9 王驍;基于光聲機理的激光超聲關(guān)鍵技術(shù)研究[D];南京航空航天大學(xué);2015年

10 趙嘉旭;多參量無損檢測系統(tǒng)設(shè)計及磁記憶衰減研究[D];大連理工大學(xué);2014年

本文編號：2808565