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基于时频分析的粗晶材料超声检测技术与系统

作　者: 张秀峰
导　师: 施克仁
学　校: 清华大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 无损检测超声检测粗晶材料时频分析分离谱
分类号: TH878.2
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
下　载: 591次
引　用: 3次
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内容摘要

粗晶材料由于微观结构对超声的强烈散射,造成严重的材料噪声与信号衰减,致使超声检测灵敏度和信噪比严重下降。目前,对粗晶材料的检测仍然是超声检测的一大难题。采用信号处理技术提高超声检测能力和信噪比是无损检测领域的重要研究课题。在超声信号处理技术中,分离谱技术以其显著的信噪比增强效果,是目前超声信号处理中的主导技术。然而,该技术因检测能力不足、并对多项参数敏感等缺陷,一直无法在生产中得到推广应用。时频分析是近年来迅速崛起的信号分析技术。不同于单纯的一维时域或频域分析,时频分析将一维时域信号变换成二维时频图像,能够展现出信号中更为丰富的信息,具有更大的应用潜力。论文对时频分析在超声检测中的应用进行了深入研究,提出了实用的脉冲超声检测时频分析“三步法”,并采用该方法研制了脉冲超声时频分析检测系统。论文提出的时频分析“三步法”,以其多项参数的优化确定性,克服了分离谱技术的参数敏感性问题,并可达到更高的缺陷检测能力和信噪比增强效果,具有很高的实用价值。论文研制的双通道时频分析检测系统具有区别于传统超声探伤仪器的全差分硬件结构和 DSP 信号处理功能,多项性能指标达到了国际先进仪器水平。实验表明,该系统可以实现对典型粗晶材料及细晶材料的高灵敏度检测,达到了对 0.6mm 晶粒平均直径的粗晶奥氏体不锈钢中,65mm 深 φ 0.8mm 平底孔和70mm 深 φ 0.5mm 横孔的小缺陷检出能力,是超声检测技术的有效进展。

全文目录

第1章引言  10-22
  1.1 材料晶粒度对超声检测的影响  10-15
  1.2 典型粗晶材料的组织特点与现有检测手段  15-16
  1.3 超声信号处理技术的研究现状  16-19
    1.3.1 分离谱技术的研究现状  16-18
    1.3.2 时频分析技术的研究现状  18-19
  1.4 粗晶材料检测系统的研究现状  19-20
  1.5 论文研究的内容和意义  20-22
    1.5.1 论文研究的意义  20
    1.5.2 论文的研究方法  20-21
    1.5.3 论文的结构安排  21-22
第2章超声信号的时频分析与时频图像  22-29
  2.1 本章引言  22
  2.2 超声信号的时频分析与时频图像  22-28
    2.2.1 超声信号的常带宽时频分析与二维信号阵列  22-24
    2.2.2 超声信号的常 Q 时频分析与二维信号阵列  24-26
    2.2.3 超声信号时频图像及其物理意义  26-27
    2.2.4 常带宽时频分析与常 Q 时频分析对比  27-28
  2.3 本章小结  28-29
第3章脉冲超声检测时频分析“三步法”  29-51
  3.1 本章引言  29
  3.2 第一步：脉冲超声信号常 Q 时频分析图像优化  29-40
    3.2.1 时频图像优化的目的与相关问题  29
    3.2.2 优先选择高斯小波的解释  29-34
    3.2.3 高斯小波用于脉冲超声信号处理的Q 值优化  34-36
    3.2.4 高斯小波用于脉冲超声信号处理的参数选择  36-37
    3.2.5 时频图像优化效果对比  37-40
  3.3 第二步：时频图像缺陷信息提取  40-48
    3.3.1 时频图像缺陷信息提取的目的与研究思路  40
    3.3.2 缺陷信号于时频图像中的分布特征  40-42
    3.3.3 基于匹配追踪的缺陷信息提取方法  42-48
  3.4 第三步：缺陷信息的A 型显示  48-50
  3.5 本章小结  50-51
第4章时频分析“三步法”材料检测实验研究  51-75
  4.1 本章引言  51
  4.2 实验内容  51-74
    4.2.1 对粗晶奥氏体不锈钢的检测实验  51-63
    4.2.2 对灰铸铁的检测实验  63-69
    4.2.3 对粗晶钛合金的检测实验  69-72
    4.2.4 对细晶金属材料的检测实验  72-74
  4.3 实验小结  74-75
第5章脉冲超声时频分析检测系统的研究与设计  75-89
  5.1 本章引言  75
  5.2 系统的信号处理功能与软件设计  75-76
  5.3 系统的硬件设计规划  76-81
    5.3.1 系统的性能要求  76-77
    5.3.2 系统设计框图  77-81
  5.4 系统的关键硬件环节设计  81-85
    5.4.1 宽增益动态范围抗干扰设计  81-83
    5.4.2 全差分采样抗干扰设计  83-85
  5.5 系统的结构特点和性能特点  85-87
  5.6 材料检测实验  87
  5.7 本章小结  87-89
结论  89-91
参考文献  91-97
致谢与声明  97-98
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  98-99

基于时频分析的粗晶材料超声检测技术与系统

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