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混凝土结构的超声探伤信号处理及二维CT软件设计

作　者: 方玺
导　师: 李卓球
学　校: 武汉理工大学
专　业: 应用数学
关键词: 混凝土结构超声波层析成像投影重建算法有网格计算
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 237次
引　用: 3次
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内容摘要

本论文的研究课题来源于国家自然科学基金重点项目:机敏混凝土及其结构(项目编号:50238040)。本文首先对混凝土结构的超声波CT重建中的可视化理论、科学计算方法进行了探讨和比较。结合数学中矩阵论的有关知识对各重建算法分析了特点和差异。设计了不同的混凝土结构试样,利用低频率超声波在混凝土传播后首波时间进行图像2D重建,并结合信号处理中小波(包)分解技术提高信噪比和判读首波时间。本文主要工作如下: 1.建立混凝土结构的超声图像2D重构方法。通过设计不同结构的混凝土试样,利用较低频率超声波穿透混凝土传播的首波时间作为投影物理参数,提出用奇异值分解对反演方程组求解重构的方法。通过与其他反演方法对比,奇异值分解能更有效地反演出混凝土结构的真实构造。 2.对超声波CT检测彩色图像利用BP神经网络进行智能分割。根据彩色图像上不同区域象素值的变化利用BP神经网络智能地将缺陷区域从图像背景中识别分割。由于神经网络具有较好的容错性和联想功能,消除了常见图像分割方法中阈值自适应确定的问题,为大批量超声波CT检测图像的分割提供了理论和试验基础。 3.建立CT反演中由超声波信号提取首波时间的判据,结合多尺度小波(包)分解技术提高超声波信号的信噪比。通过李氏指数描述超身信号的局部奇异性,依照模极大值在不同尺度下分解的变化趋势,成功地实现了首波时间地准确判读。本文研究成果,对超声波CT检测技术在对混凝土结构的无损检测领域中应用提供了一定程度上的指导意义,对该检测技术的发展起到一定的推动作用。笔者深信,经过研究不断完善的混凝土超声波CT检测技术,可以更综合直观地获得混凝土结构内部质量的准确评估,将在有效检测和提高混凝土结构工程质量方面有着良好的应用推广前景。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-16
  1.1 超声CT无损检测技术  9-14
    1.1.1 超声CT数学背景  9-10
    1.1.2 超声波检测技术原理  10-12
    1.1.3 国内外发展现状  12-14
  1.2 主要研究内容  14-15
  1.3 论文结构  15-16
第2章 CT算法研究  16-30
  2.1 CT算法的理论基础  16-22
    2.1.1 CT反演理论基础  16-22
      2.1.1.1 雷当变换  16-18
      2.1.1.2 走时成像原理  18-22
  2.2 超声数据重建算法  22-28
    2.2.1 ART算法  22-25
      2.2.1.1 ART算法的数学模型  22-23
      2.2.1.2 ART算法的迭代形式  23-25
    2.2.2 SIRT迭代算法  25-26
    2.2.3 SVD迭代方法  26-28
  2.3 小结  28-30
第3章混凝土超声CT检测试验  30-45
  3.1 试验装置和试验样本设计  30-33
    3.1.1 超声波激发和信号采集仪  30-31
    3.1.2 试样制备和养护工艺  31-33
  3.2 试验过程  33-38
  3.3 试验结果分析和对比  38-44
    3.3.1 含双孔混凝土构件超声CT图像  38-40
    3.3.2 含圆孔混凝土构件超声CT图像  40-41
    3.3.3 含大方孔混凝土构件超声CT图像  41-42
    3.3.4 含小方孔混凝土构件超声CT图像  42-44
  3.4 小结  44-45
第4章超声反演图像后处理  45-52
  4.1 神经网络二值化  45-48
    4.1.1 BP网络模型的建立  45-46
    4.1.2 用BP网络对图像进行分割  46-47
    4.1.3 图像分割效果分析  47-48
  4.2 其他图像处理技术在超声CT图像上的应用  48-50
    4.2.1 点运算阈值分割  48-50
    4.2.2 中值滤波聚类分析  50
  4.3 小结  50-52
第5章超声波信号的小波(包)分析  52-63
  5.1 小波(包)分析对噪声信号的处理  52-57
    5.1.1 超声波信号的小波分析  52-55
      5.1.1.1 小波分析的基本概念  52-53
      5.1.1.2 小波分析与傅立叶变换的比较  53-55
    5.1.2 小波包对噪声信号的处理  55-57
  5.2 超声波信号的首波时间判读  57-61
    5.2.1 奇异点理论基础  57-59
    5.2.2 模极大值与奇异点判断的关系  59-60
    5.2.3 信号首波时间判读试验  60-61
  5.3 小结  61-63
第6章总结与展望  63-66
  6.1 本文总结  63
  6.2 在实践中出现的问题与思考  63-64
  6.3 超声波CT检测的展望  64-66
参考文献  66-71
致谢  71-72
附录论文期间发表的论文  72-73
附录2 软件窗口及小波去噪程序代码  73-76

混凝土结构的超声探伤信号处理及二维CT软件设计

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