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混凝土超声无损检测层析成像技术研究

作　者: 戚秀真
导　师: 赵祥模
学　校: 长安大学
专　业: 交通信息工程及控制
关键词: 混凝土超声无损检测层析成像射线追踪拉当变换反演技术
分类号: TU755
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 365次
引　用: 2次
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内容摘要

超声波无损检测中的层析成像技术，作为一种先进的检测技术被广泛应用于混凝土结构的内部质量检测中。为了能够得到更加清晰、准确地反映混凝土内部结构的图像，本文分别对混凝土超声层析成像检测系统及其层析成像算法进行了研究与改进。本文从超声检测方法的现状出发，分析现有检测设备存在的问题，设计了一种新的混凝土超声层析成像无损检测系统。该系统采用稀土超声换能器作为发射源，具有大功率、宽频带、短余震的优点，可以用于大型工程中的大体积混凝土结构的无损检测；采用24通道数据同步接收，提高了现场工作效率，同时可以保证数据采样位置的精度，从而保证了层析成像的精度；采用改进的图像重建算法，提高了图像重建的速度和精度。论文通过对常规超声层析成像算法的分析研究，提出了两种改进的图像重建算法：从概率角度改进的IART算法和塔式ART算法。通过数值模拟和混凝土试件试验研究结果表明：与传统ART算法相比，IART算法反演精度高，图像重建能力强：塔式ART算法重建图像速度快。两种算法都适合以射线理论为基础的层析成像。而且算法的正确性和有效性在实桥检测中得到了验证。超声波在混凝土中的传播特性以及混凝土本身的不均匀性，使得超声波的实际传播路径发生弯曲。因此，论文还将线性走时插值(LTI)射线追踪算法引入混凝土超声层析成像中。数值模拟和试验研究表明，LTI算法的引入，进一步提高了图像重建的精度和质量。

全文目录

第一章绪论  8-19
  1.1 前言  8-9
  1.2 混凝土超声探伤的基本原理  9-10
  1.3 混凝土超声探伤的判别方法  10-11
  1.4 超声成像技术现状及趋势  11-16
  1.5 混凝土超声层析成像技术  16-17
  1.6 本文主要研究内容  17-19
第二章混凝土超声层析成像检测系统  19-30
  2.1 概述  19-20
  2.2 系统硬件结构描述  20-21
  2.3 稀土超磁致伸缩超声源  21-22
  2.4 多通道高速并行数据采集电路  22-24
  2.5 系统软件  24-28
    2.5.1 软件运行环境  25
    2.5.2 软件系统框架  25-26
    2.5.3 人机界面  26-28
  2.6 总结  28-30
第三章混凝土层析成像的基本原理和反演算法  30-47
  3.1 层析成像(CT)技术  30-31
  3.2 层析成像的数学理论基础(二维Radon变换)  31-33
  3.3 混凝土声波层析成像(CT)的基本原理  33-35
  3.4 混凝土层析成像常用图像重建算法  35-40
    3.4.1 BPT反投影技术  36
    3.4.2 ART算法  36-39
    3.4.3 SIRT算法  39-40
  3.5 混凝土图像重建迭代算法模拟试验  40-47
    3.5.1 迭代算法计算步骤  40
    3.5.2 迭代算法模拟计算  40-47
第四章概率法改进的代数重建算法IART  47-58
  4.1问题的提出  47
  4.2 改进的ART算法IART  47-50
    4.2.1 射线穿过缺陷单元概率的确定  48
    4.2.2 网格为缺陷单元概率的确定  48-49
    4.2.3 迭代初始值的选取  49
    4.2.4 波慢修改增量的确定  49-50
    4.2.5 IART算法的实现步骤  50
  4.3 试验概况  50-57
    4.3.1 测试方案  50-51
    4.3.2 计算机模拟实验  51-53
    4.3.3 混凝土试件试验  53-56
    4.3.4 实桥检测  56-57
  4.4 总结  57-58
第五章塔式ART算法  58-65
  5.1 问题的提出  58
  5.2 塔式ART算法  58-60
    5.2.1 逐级分块  58-59
    5.2.2 投影矩阵A及网格标识的更新  59
    5.2.3 算法流程  59-60
  5.3 试验概况  60-64
    5.3.1 计算机模拟实验  60-62
    5.3.2 混凝土试件试验  62-64
  5.4 总结  64-65
第六章 LTI算法在混凝土层析成像中的应用  65-74
  6.1 射线追踪概述  65-66
  6.2 基于旅行时的线性插值(LTI)射线追踪算法  66-68
  6.3 局部最小走时的线性插值公式  68-69
  6.4 LTI射线追踪在混凝土超声CT层析成像中的应用  69-71
    6.4.1 确定模型的初始波速  69-70
    6.4.2 波速平滑处理  70
    6.4.3 用LTI射线追踪和ART重建图像的步骤  70-71
  6.5 试验概况  71-73
    6.5.1 计算机模拟实验  71-72
    6.5.2 混凝土试件试验  72-73
  6.6 总结  73-74
第七章总结与展望  74-76
  7.1 总结  74-75
  7.2 后续研究工作的展望  75-76
附录攻读硕士学位期间公开发表的论文  76-77
参考文献  77-80
致谢  80

混凝土超声无损检测层析成像技术研究

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