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异形航空构件的专用超声换能器研制及检测应用

作　者: 张倩
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: 超声检测 换能器 异形航空构件 超声特征扫描检测
分类号: TB552
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


由于超声波穿透能力强、集束性好、信息携带量大、易于实现快速准确的在线无损检测和无损诊断,因而在工业、农业、国防、生物医药和科学研究等方面得到广泛的应用。超声换能器是超声波发射和回波接收器件,作为整个检测系统的重要组成部分,在超声检测过程中,如何选择和使用换能器一直是值得研究的主要内容,尤其是针对特殊形状和材料的专用探头研制是研究的一个重点。本课题针对航空中使用的异形构件超声检测中存在的问题,研究了此类构件检测用专用探头的晶片选择、外形设计、阻抗匹配等问题,并使用特征扫描成像检测方法对此类异形构件进行了检测,利用超声回波所提供的有关缺陷和材料的有用信息,以波形特征和缺陷特征为特征量进行信号提取和重构,并给出了缺陷图像。论文主要内容如下:针对几类异形航空结构件,分析了结构特点和声传播原理,设计出合适的换能器类型;研究了几种改善换能器波形的方法,主要采用加背衬块调节晶片波形,并研究了针对不同类型晶片后背衬的配制比例,找到合适的波形对应的声背衬配制比例,进一步通过加匹配电感,得到理想的振动波形;研究了制作专用换能器的工艺和方法,进行性能测试;选择恰当的换能器和超声检测方法对异形结构件进行检测并分析。本课题实现了:1、研究了不同压电材料晶片所适用的声背衬材料配制方法,有效改善了超声波波形;2、研制了异形结构件检测用专用超声换能器,解决了异形构件如孔类工件的检测;3、对多种复合材料构件和异形不锈钢管采用特征扫描检测,用图像形式直观反映进行缺陷定位和定量。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章 绪论  8-20
  1.1 无损技术简介  8
  1.2 超声波技术简述  8-12
    1.2.1 超声波原理  8-9
    1.2.2 超声换能器原理和种类  9-12
  1.3 超声设备的国内外发展现状  12-18
    1.3.1 超声换能器的国内外发展现状  12-14
    1.3.2 超声成像原理和技术发展  14-17
    1.3.3 超声特征扫描检测技术（FEATURE-SCAN）  17-18
  1.4 课题的研究内容  18-20
第2章 异形结构专用换能器的设计  20-32
  2.1 异形结构的特点及声传播特性研究  20-21
  2.2 专用换能器设计原理  21-23
  2.3 压电材料选取  23-29
    2.3.1 压电材料的重要参数及特性  23-25
    2.3.2 影响厚度模振动的主要参数  25-27
    2.3.2 选择晶片种类  27-29
  2.4 专用换能器性能要求  29-32
    2.4.1 换能器性能介绍  29-30
    2.4.2 性能要求  30-32
第3章 理想振动脉冲获得的研究  32-40
  3.1 单极脉冲获得原理  32-33
  3.2 通过声阻抗匹配改善换能器波形  33-38
    3.2.1 背衬在探头中的作用  33-34
    3.2.2 对背衬的技术要求  34-35
    3.2.2 背衬的制作工艺  35
    3.2.3 实验数据及分析  35-38
  3.3 通过电路匹配改善换能器波形  38-40
    3.3.1 匹配电路的基本原理  38
    3.3.2 匹配电路测试方法  38-40
第4章 专用换能器的实验制作及性能测试研究  40-52
  4.1 准备工作  40-43
  4.2 换能器制作工艺研究  43-47
    4.2.1 压电晶片电极引线的焊接  43-44
    4.2.2 制作换能器步骤  44-46
    4.2.3 最后封装  46-47
  4.3 制作后探头的性能测试分析  47-51
  4.4 对制作后的各类换能器命名及编号  51-52
    4.4.1 探头型号的组成项目  51
    4.4.2 举例  51
    4.4.3 对所制作探头的编号  51-52
第5章 异形航空结构件的检测研究  52-61
  5.1 铝—石墨结合层航空结构件  53-55
    5.1.1 结构介绍及分析  53-54
    5.1.2 检测结果分析  54-55
  5.2 铜-钢双金属扩散焊转子  55-57
    5.2.1 结构介绍及分析  55-56
    5.2.2 检测结果分析  56-57
  5.3 外方内圆不锈钢管的检测  57-61
    5.3.1 结构介绍及分析  57-58
    5.3.2 内孔的检测分析  58-59
    5.3.3 裂纹的检测分析  59-61
第6章 结论与展望  61-62
参考文献  62-65
发表论文情况说明  65-66
致谢  66-67

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 声学工程 > 超声工程 > 超声换能器
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