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多通道动态光弹成像系统的研制

作　者: 刘力博
导　师: 陆铭慧
学　校: 南昌航空大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 多阵元超声波动态光弹技术可视化
分类号: O426.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

超声波是一种人们无法直接观察到的应力波。传统研究超声波传播规律的方法主要是分析超声换能器在材料表面接收到的超声信号,从而推论声波在材料内的传播规律。随着现代无损检测技术的快速发展和检测精度要求的不断提高,多通道超声探伤和相控阵等多阵元超声检测新技术越来越多的应用到工程实践中,声波在材料中的传播过程也随之越来越复杂,从而给声场研究工作带来了很大困难。为了使声波成为可见,让人们更直观的认识和研究这些复杂声场,笔者研制了多通道动态光弹成像系统。此系统通过采用动态光弹技术,能够直接观察多阵元超声波束在透明固体中的传播规律。该系统可以为无损检测工作者,特别是利用多阵元超声聚焦声波检测材料缺陷的科技工作者,提供超声波在固体中传播的可视化图像,从而为超声探伤提供实验依据,对于超声无损检测具有重要的指导意义。本论文对多通道动态光弹成像系统的研制过程进行了详细的介绍,其中主要工作如下:研制了控制超声阵列换能器中各阵元相位延迟和声光延时的多通道延时控制器,以单片机为控制核心,配合延时电路与和多通道地址译码电路,实现了对超声阵列换能器中各阵元的相位延时控制,能在固体中激励出焦点可控的聚焦声波,并可以模拟相控阵技术的声束扫查过程。通过采用动态光弹技术,实现了多阵元超声聚焦声场的可视化,可以观察超声聚焦声波在透明固体中的传播行为,为超声聚焦声波检测缺陷的理论提供了实验依据。研制了多通道超声发射电路。通过对原有电路进行优化,采用双MOSFET新型电路结构,可以对超声激励脉冲的幅值和脉宽进行单独调节,提高了超声发射的声电匹配能力。开发了多通道动态光弹成像软件,包括相位控制,动态预览,图像采集与后处理等功能。良好的人机界面给使用人员带来了方便。系统完成后,进行了实验调试,并拍摄了多阵元聚焦波束在玻璃中传播的图像。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-13
  1.1 选题的背景及意义  8-9
  1.2 超声成像技术简介  9-10
  1.3 多阵元相控阵技术的发展  10-11
  1.4 光弹法研究现状  11
  1.5 课题研究内容  11-12
  1.6 本章小结  12-13
第2章动态光弹法观察超声波原理  13-24
  2.1 显示声波方法概述  13-22
    2.1.1 静态光弹法原理  13-16
    2.1.2 偏振光通过应力模型后的光效应  16-22
  2.2 光弹法显示声波的原理  22-23
  2.3 本章小结  23-24
第3章多通道动态光弹成像系统的实现  24-53
  3.1 系统总体设计方案  24-25
  3.2 多通道延时控制器  25-35
    3.2.1 AT89S52 简介  26-27
    3.2.2 AT89S52 配置晶振、下载器  27-29
    3.2.3 延时单元  29-33
    3.2.4 译码器电路  33-34
    3.2.5 串行接口电路  34-35
  3.3 超声发射电路  35-37
  3.4 系统软件设计  37-52
    3.4.1 软件设计与流程图  37-39
    3.4.2 上位机与下位机的通信  39-41
    3.4.3 相位控制功能的实现  41-43
    3.4.4 软件系统界面及功能  43-49
    3.4.5 下位机程序设计  49-50
    3.4.6 通信程序仿真调试  50-52
  3.5 本章小结  52-53
第4章动态光弹实验  53-58
  4.1 实验样品设计及参数测定  53-56
    4.1.1 玻璃样品声速的测量  53-55
    4.1.2 压电晶片的粘结方法  55-56
  4.2 多通道动态光弹实验  56-57
  4.3 本章小结  57-58
第5章结论与展望  58-59
参考文献  59-62
致谢  62-63
攻读硕士学位期间发表的学术论文  63-64

多通道动态光弹成像系统的研制

内容摘要

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