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基于传播声时的L_（CR）波切向应力测量系统实验研究

作　者: 刘凡
导　师: 丁杰雄
学　校: 电子科技大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 应力检测 LCR波 声弹性理论 时间-数字转换器
分类号: TH823
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 83次
引　用: 3次
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内容摘要


零件的应力状况能够反映机械构件的工作状态,对它的有效检测和评估为提高产品的安全性、可靠性和稳定性提供了保障。超声波技术作为最有潜力的实验应力测量技术之一,近年来得到了广泛的发展和应用,然而超声体波与表面波由于其自身的限制性,均无法从表面测量内部的切向应力状况,在许多场合下无法有效进行机械构件工作状态的评估。本文基于临界折射纵波(Critically Refracted Longitudinal,LCR)应力测量模型,研究采用LCR波测量零件中切向应力的关键技术,包括LCR波的产生、接收和后续处理,设计并制作了基于传播声时的应力检测实验系统,通过测量LCR波在材料内部传播声时的改变,评估被测物体中的应力情况。传播声时是整个测量系统中的关键量,其测量水平决定应力的测量精度,对此本文采用时间-数字转换器(Time to Digital Convertor,TDC)完成高精度时间间隔测量,在实现过程中又分别采用“单端发射-双端接收”的探头布局模式和“过零检测”手段来降低系统检测误差。温度的变化也会对系统测量造成一定的影响,温度补偿模块能够实时监测系统工作的环境温度,从而校正应力检测的结果。定性实验与定量实验显示,LCR波传播声时与加载应力具有良好的线性关系,实验结果与理论基本相符,达到了预定要求,也初步验证了基于TDC声时测量的LCR波应力检测方法的可行性。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-15
  1.1 引言  9
  1.2 应力检测方法  9-14
    1.2.1 实验应力分析方法  9-13
    1.2.2 几种应力测量方法的比较  13-14
  1.3 国内外超声波应力检测技术的发展状况  14-15
第二章 超声波的特点及其在检测中的应用  15-22
  2.1 弹性固体中的超声波  15-20
    2.1.1 超声波在固体中的波动方程  15-17
    2.1.2 超声波的传播  17-19
    2.1.3 超声波的发射与接收  19-20
  2.2 超声波检测技术  20-21
  2.3 超声波应力检测  21-22
第三章 超声波应力检测的理论基础  22-27
  3.1 声弹性理论  22-23
  3.2 超声波传播速度与应力的关系  23-25
  3.3 常规超声应力检测方法及其局限性  25-27
第四章 L_(CR)波切向应力检测方法的研究  27-34
  4.1 L_(CR)波简介  27
  4.2 L_(CR)波的产生机理  27-29
    4.2.1 超声波的折射  27-28
    4.2.2 Snell 定律  28
    4.2.3 L_(CR)波的发射和接收  28-29
  4.3 L_(CR)波的传播特性  29-30
  4.4 L_(CR)波应力测量原理  30-32
    4.4.1 传播声时与应力  30-32
    4.4.2 应力测量装置  32
  4.5 温度对应力测量的影响及解决方法  32-34
    4.5.1 温度对传播声速的影响  32-33
    4.5.2 温度对探头间距离的影响  33-34
第五章 L_(CR)波切向应力测量实验系统  34-57
  5.1 L_(CR)波应力测量系统的构成  34-35
  5.2 L_(CR)波发射接收探头  35-38
    5.2.1 纵波探头的选用  35-37
    5.2.2 有机玻璃楔块的设计和制作  37-38
  5.3 测量系统的控制单元  38-40
    5.3.1 AVR 系列单片机简介  38-39
    5.3.2 ATmega16 单片机的特性  39-40
  5.4 L_(CR)波发射电路  40-44
    5.4.1 超声波探头的等效电路  40-41
    5.4.2 超声波探头的驱动方式  41-42
    5.4.3 驱动电路  42-44
  5.5 L_(CR)波接收电路  44-47
    5.5.1 接收信号放大电路  44-45
    5.5.2 过零检测的实现  45-47
  5.6 传播声时的测量  47-51
    5.6.1 TDC-GP1 简介  48-50
    5.6.2 用TDC-GP1 测量传播声时  50-51
  5.7 温度测量模块  51-53
    5.7.1 D518820 简介  51-52
    5.7.2 温度测量电路  52-53
  5.8 LCD 显示及键盘电路  53-54
  5.9 系统的测量原理  54-55
  5.10 系统软件设计  55-57
第六章 L_(CR)波切向应力测量系统实验研究  57-66
  6.1 接收波形分析  57-61
    6.1.1 L_(CR)波探头典型接收波形分析  57-58
    6.1.2 耦合剂对波形的影响  58-61
  6.2 初步实验及实验装置  61-63
  6.3 定量实验及其结果  63-66
    6.3.1 实验装置  63-64
    6.3.2 实验结果  64-66
第七章 总结和展望  66-67
致谢  67-68
参考文献  68-70
在学期间的研究成果  70

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 力学量测量仪表 > 力的测量仪表
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