基于虚拟聚焦的板结构兰姆波换能器阵列检测方法研究

摘要

大型储罐是石油、化工等行业的重大装备,也是国家进行战略油贮备的基础设施。由于长期承载易燃、易爆、剧毒或腐蚀介质,大型储罐是危险性很高的特种设备。在生产和使用中易发生事故,危害人们生命财产安全。针对大型储罐安全运行需要,开展大型储罐壁板无损检测方法研究具有重要的工程使用价值和科学研究意义。本文进行板结构兰姆波换能器阵列虚拟聚焦无损检测方法研究,主要研究工作包括:1.开展了板结构兰姆波换能器阵列虚拟聚焦检测方法研究。在无需相位硬件控制系统条件下,通过对换能器阵列接收数据进行等相位叠加处理和波束幅值优化加权处理,实现换能器周围任意方向缺陷的指向聚焦检测;2.利用数值仿真数据,研究了换能器阵列直径、阵元数量和声束数量对主瓣宽度和旁瓣噪声的影响。通过对不同条件下数值仿真数据的等相位叠加虚拟聚焦处理,得出等相位叠加虚拟聚焦无明显旁瓣噪声的条件,为后续换能器阵列检测试验参数设置提供指导;3.研制了换能器阵列自动切换开关和全向单模态兰姆波换能器,建立了板结构兰姆波换能器阵列自动检测系统。在此基础上,进行了板结构兰姆波换能器阵列检测试验研究。对换能器阵列检测数据进行了等相位叠加和波束幅值优化加权虚拟聚焦处理,验证了检测方法对板结构大范围特征体(边界或缺陷)的识别能力。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 超声换能器阵列检测技术

1.2.2 波束指向性优化设计

1.2.3 多通道切换开关

1.3 课题来源及工作内容

第2章 换能器阵列基本理论

2.1 换能器阵列声场指向性

2.1.1 换能器阵列指向性形成机理

2.1.2 指向性函数

2.1.3 指向性图

2.1.4 点源均匀圆周阵列指向性函数

2.2 窄带波束形成及优化设计

2.2.1 简单波束形成

2.2.3 均匀加权波束

2.2.3 非均匀加权波束

2.3 小结

第3章 兰姆波换能器阵列虚拟聚焦检测方法研究

3.1 基于等相位叠加的换能器阵列虚拟聚焦检测方法

3.2 基于等相位叠加的换能器阵列成像影响因素分析

3.2.1 仿真信号生成

3.2.2 阵列直径的影响

3.2.3 阵元数目的影响

3.2.4 声束数量的影响

3.3 基于波束优化的换能器阵列虚拟聚焦检测方法研究

3.3.1 基于等相位叠加原理的波束指向性

3.3.2 换能器阵列波束优化设计方法

3.4 小结

第4章 换能器阵列自动检测系统研制

4.1 引言

4.2 多通道切换开关研制

4.2.1 多通道切换开关总体设计

4.2.2 多通道切换开关控制模块设计

4.2.3 多通道切换开关显示模块设计

4.2.4 多通道切换开关保护电路设计

4.2.5 多通道切换开关试验测试

4.3 换能器阵列自动检测系统软件设计

4.3.1 数据采集软件设计

4.3.2 多通道切换开关控制软件设计

4.4 换能器阵列自动检测系统测试

4.5 小结

第5章 兰姆波换能器阵列虚拟聚焦检测试验研究

5.1 兰姆波换能器阵列检测系统

5.1.1 兰姆波换能器设计

5.1.2 试验系统

5.2 兰姆波换能器阵列虚拟聚焦检测试验研究

5.2.1 数据采集预处理

5.2.2 无缺陷板检测试验

5.2.3 有缺陷板检测试验

5.3 小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢