本文關(guān)鍵詞：基于合成孔徑的圓柱類(lèi)部件在線超聲成像理論與實(shí)踐的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：管材、棒材及軸類(lèi)等作為在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)防建設(shè)相關(guān)領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用的圓柱類(lèi)部件,一直以來(lái)對(duì)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)具有強(qiáng)烈的需求。盡管目前無(wú)損檢測(cè)方法種類(lèi)眾多,但由于超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的可靠性逐步提高,并在安全性、適用性、特征參量豐富性以及與信息技術(shù)結(jié)合方便性等方面具有其他方法難以媲美的優(yōu)勢(shì),已成為無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣及最具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)手段之一。然而,隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)規(guī)�；约跋嚓P(guān)設(shè)備的大型化、運(yùn)行高速化和使用環(huán)境極端化,圓柱類(lèi)部件的種類(lèi)、結(jié)構(gòu)和尺寸更加多樣,其用量、工作溫度和工作壓力進(jìn)一步提高,在可靠性、實(shí)時(shí)性、定量化以及在線應(yīng)用能力等方面對(duì)超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)提出了更高的要求。為此,有必要將機(jī)電一體化與超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)有機(jī)融合,在水浸環(huán)境及外掃查方式下實(shí)施對(duì)圓柱類(lèi)部件在線超聲成像,發(fā)展出一種高性能的在線超聲成像檢測(cè)技術(shù),以滿(mǎn)足圓柱類(lèi)部件在線定量化質(zhì)量監(jiān)控的應(yīng)用需求。但是,在水浸環(huán)境和外掃查方式下實(shí)施成像,面向的對(duì)象將是一種疊層圓柱結(jié)構(gòu),而聲波在這種結(jié)構(gòu)中的傳播特性十分復(fù)雜,加之運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)射和接收信號(hào),使得衍射效應(yīng)更為明顯,如何確保圓柱類(lèi)部件在線超聲成像的分辨率,在理論和技術(shù)層面上還存在諸多的挑戰(zhàn)。同時(shí),實(shí)際應(yīng)用中有平面和聚焦探頭之分,由于兩者在傳播聲程上存在明顯差異,因而現(xiàn)有針對(duì)平面探頭所發(fā)展起來(lái)的成像技術(shù)不適合聚焦探頭的應(yīng)用。基于以上背景,本學(xué)位論文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于旋轉(zhuǎn)聲場(chǎng)的高性能自動(dòng)化在線超聲無(wú)損檢測(cè)理論與實(shí)踐研究”(N0.51175465),提出開(kāi)展基于合成孔徑的圓柱類(lèi)部件在線超聲成像理論與實(shí)踐的研究。在分析無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域超聲成像相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì),明確圓柱結(jié)構(gòu)聲波傳播及合成孔徑成像機(jī)理的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)開(kāi)展聚焦探頭水浸檢測(cè)場(chǎng)合、非均勻耦合條件以及圓柱外掃查檢測(cè)方式下頻域超聲合成孔徑成像等關(guān)鍵技術(shù)的研究,實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用于圓柱類(lèi)部件在線定量無(wú)損檢測(cè)的頻域超聲合成孔徑成像技術(shù),賦予其高實(shí)時(shí)和高分辨率的成像能力,并研發(fā)了一套圓柱類(lèi)部件在線超聲成像檢測(cè)系統(tǒng),進(jìn)行了管類(lèi)部件在線質(zhì)量監(jiān)控的應(yīng)用研究。具體的研究工作及創(chuàng)新點(diǎn)有：第一章,闡述圓柱類(lèi)部件對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代國(guó)防建設(shè)的影響,以及開(kāi)展圓柱類(lèi)部件在線超聲成像檢測(cè)技術(shù)研究的重要意義,分析超聲成像與合成孔徑相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì),明確目前合成孔徑成像理論和相關(guān)技術(shù)所存在的問(wèn)題,為本文的研究指明方向。同時(shí),對(duì)本學(xué)位論文的研究?jī)?nèi)容及各章節(jié)進(jìn)行安排。第二章,開(kāi)展圓柱體聲波傳播機(jī)理及合成孔徑成像理論的研究。在建立圓柱坐標(biāo)系下圓柱體波動(dòng)方程的基礎(chǔ)上,利用變分法求得圓柱體波動(dòng)方程的通解,進(jìn)而明確圓柱體內(nèi)聲波的傳播機(jī)理,并結(jié)合探頭輻射聲場(chǎng)的計(jì)算,分析確定超聲成像橫向分辨率隨深度下降的主要因素。同時(shí),以時(shí)域合成孔徑成像的基本原理為依托,研究了合成孔徑成像的頻域?qū)崿F(xiàn)方法,不僅確保高分辨率的成像能力,而且還有效提高成像的效率,為后續(xù)研究奠定必要的理論基礎(chǔ)。第三章,提出一種聚焦探頭水浸檢測(cè)下的頻域合成孔徑成像技術(shù)。在建立相位遷移成像與時(shí)域合成孔徑成像等效關(guān)系的基礎(chǔ)上,通過(guò)分析聚焦與平面探頭之間在焦平面前后的聲程差異,并將這種差異轉(zhuǎn)換為頻域上的相位補(bǔ)償,推導(dǎo)出聚焦探頭水浸檢測(cè)信號(hào)的相移逐層遞推公式,實(shí)現(xiàn)一種基于相位遷移的聚焦探頭水浸超聲成像技術(shù),解決傳統(tǒng)相位遷移成像應(yīng)用于聚焦探頭水浸檢測(cè)所存在的過(guò)矯正問(wèn)題,有效提高成像分辨率和實(shí)時(shí)性。第四章,提出一種非均勻耦合條件下的頻域合成孔徑成像技術(shù)。在確定非均勻耦合介質(zhì)均方根聲速的基礎(chǔ)上,通過(guò)構(gòu)建非平穩(wěn)濾波器,將傳統(tǒng)方法中頻譜重采樣轉(zhuǎn)換為混合域?yàn)V波過(guò)程,發(fā)展出一種非迭代的頻域合成孔徑成像技術(shù),解決相位遷移成像技術(shù)難以在非均勻耦合條件下應(yīng)用的問(wèn)題,為在線成像檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)。第五章,提出一種外掃查方式下的均質(zhì)圓柱體頻域合成孔徑成像技術(shù)。根據(jù)圓柱體波動(dòng)方程的通解,利用傅里葉變換建立圓柱外掃查方式下檢測(cè)信號(hào)模型的頻域表達(dá)式,推導(dǎo)出均質(zhì)圓柱體聲場(chǎng)重建公式,進(jìn)而利用檢測(cè)信號(hào)頻譜重建出感興趣圓柱面上的聲壓信號(hào)頻譜。同時(shí),對(duì)該聲壓重建結(jié)果進(jìn)行反傅里葉變換,并以t=0時(shí)刻的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)均質(zhì)圓柱體的超聲成像。另外,還開(kāi)展仿真與實(shí)驗(yàn)研究,以證實(shí)本章方法的可行性和有效性。第六章,提出一種外掃查方式下的疊層圓柱結(jié)構(gòu)頻域合成孔徑成像技術(shù)。根據(jù)均質(zhì)圓柱體聲場(chǎng)重建公式,結(jié)合疊層圓柱結(jié)構(gòu)界面的聲學(xué)效應(yīng)影響,采用逐層遞推的策略,利用檢測(cè)信號(hào)頻譜重建感興趣圓柱面上的聲壓信號(hào)頻譜。在此基礎(chǔ)上,對(duì)該聲壓重建結(jié)果進(jìn)行反傅里葉變換,并以t=0時(shí)刻的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)疊層圓柱結(jié)構(gòu)的超聲成像。另外,還開(kāi)展仿真與實(shí)驗(yàn)研究,以證實(shí)本章方法的可行性和有效性。第七章,在完成總體方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,采用虛擬儀器體系結(jié)構(gòu),開(kāi)發(fā)多通道超聲檢測(cè)儀器,并與機(jī)電一體化技術(shù)相結(jié)合,完成圓柱類(lèi)部件在線超聲成像檢測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)。同時(shí),利用所研發(fā)的成像檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)管類(lèi)部件開(kāi)展應(yīng)用研究,并結(jié)合上述各章節(jié)所提出的頻域超聲合成孔徑成像關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)管類(lèi)部件內(nèi)部缺陷的在線超聲成像,重點(diǎn)考察成像的實(shí)時(shí)性和分辨率,以驗(yàn)證本文方法的可行性和有效性。第八章,總結(jié)論文取得的成果和創(chuàng)新之處,并對(duì)未來(lái)的研究工作進(jìn)行展望。

  本文關(guān)鍵詞：基于合成孔徑的圓柱類(lèi)部件在線超聲成像理論與實(shí)踐的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。