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激光超声无损检测系统关键技术研究

作　者: 谭项林
导　师: 潘孟春
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 激光超声无损检测小波变换阈值去噪虚拟仪器缺陷
分类号: TN247
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

激光超声无损检测技术是近年来发展起来的一种新型非接触式超声无损检测技术,已成为无损检测领域的一种重要技术和手段。论文深入研究了激光超声无损检测系统的关键技术,主要内容包括以下几个方面:首先,论文从理论上介绍了热弹机制和烧蚀机制下激光产生超声的原理,重点讨论了热弹激发机理,将脉冲激光简化为梯形波形,建立了热弹激发超声的数学模型,分析了激光超声的温度场、位移和应力场,得出了试样表面钳紧和自由时的超声应力脉冲表达式,并做了仿真研究。结果表明,试样表面钳紧和自由时,超声应力脉冲分别呈双极性和单极性。然后,概括了激光超声的常用光学检测方法,包括非干涉检测和干涉检测。其次,针对激光超声无损检测中的降噪问题,提出采用小波变换方法进行超声信息的分析处理。推导了小波变换的数学建模过程,建立了小波去噪的算法模型,分析研究了小波去噪的阈值处理方法,讨论了小波函数的选取原则,构建了实验装置,采用小波变换方法对采集到的超声波信号进行了降噪处理。结果表明,小波阈值去噪方法可很好的控制超声信号中的噪声,将dbN小波函数和rigrsure小波软阈值方法结合用于超声信号去噪处理,可以取得很好的效果。第三,为了克服传统超声检测系统功能固化、成本高、智能化程度低等缺点,开发设计了基于虚拟仪器的激光超声检测系统软件。在LabVIEW软件平台下,编制了检测系统的界面。采用模块化的设计思路,通过构建子VI完成了数据的采集、处理分析与存储。尤其是在数据处理模块,其功能强大,可以完成超声信号的数字滤波、小波降噪、功率谱分析和峰值提取。整个软件界面友好,操作简单,实现容易,且具有一定的灵活性,易于功能扩展,可以满足材料缺陷的检测与定位需求。最后,进行了激光超声检测系统的实验研究。首先,介绍了自行搭建的基于光折变效应的自适应激光干涉仪;接着,研究了不同试样厚度对超声纵波信号的影响,同一试样其纵波和表面波信号的比较以及缺陷位置对波形的影响,并且完成了缺陷的定位。结果表明,试样的厚度的增加会增大第一个超声纵波信号出现的时间;同一种试样激发产生的纵波和表面波信号,也具有不同的极性;缺陷位置会影响反射波出现的时间,而且缺陷定位的相对误差小于3%,可以满足实际的检测需求。

激光超声无损检测系统关键技术研究

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