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基于互相关时延估计的L_（CR）波的切向应力检测系统的研究

作　者: 孔朝志
导　师: 丁杰雄
学　校: 电子科技大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 超声波检测 切向应力 LCR波 传播声时 互相关时延估计
分类号: TH823.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 58次
引　用: 1次
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内容摘要


测量材料或构件的应力分布不仅是分析材料性能和受力状况的基本手段,还可预测构件疲劳状况,检查热处理及表面处理效果,监控切削加工工艺,评价应力消除工艺的效果等。实验应力检测分析特别是超声波应力检测技术已成为工程界,尤其是机械、宇航、交通、国防和核工业等方面极为重要的课题。本文首先根据超声波的传播特性,分析了LCR波(Critically Refracted Longitudinal wave,LCR波)有别于其他超声波的本质特点,即LCR波是一种特殊的超声纵波,其沿浅表面传播,且对平行其传播方向的正应力最为敏感。然而,多种因素限制了LCR波应力检测技术的发展与应用,比如,由于应力变化引起的LCR波传播速度的变化量较小导致常规的方法无法准确测量,横波和纵波同时存在于接收波中导致难以有效提取LCR波等。如何解决这些问题,提高应力检测的测量精度,成为了本文的研究重点。本文介绍了一种LCR波应力检测方法。该方法基于超声波的传播速度随应力状态改变而变化的声弹性原理和互相关时延估计的时间测量原理,通过高压尖脉冲激发超声换能器产生超声纵波测量LCR波的传播声时。根据基于脉冲波方式激发下的LCR波应力检测的工作原理,构建了整个应力检测的实验系统。首先设计了超声换能器固定装置和高压尖脉冲信号的发生电路,然后开发了数据自动采集程序,结合示波器中的数据采集模块实现了对接收信号的采样和存储。接着使用的小波滤波器对采样信号进行数字信号处理,再通过基于互相关时延估计的高精度时间测量算法提取出了LCR波信号并实现了对LCR波信号传播声时的测量。利用本文设计的实验系统,在实验室环境中进行了相关的试验,并对获得的实验数据进行了详细地分析。实验结果表明,本文介绍的基于互相关时延估计的LCR波应力检测方法具有良好的可行性以及可操作性,LCR波应力检测的灵敏度和精确度均有所提高。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-19
  1.1 引言  10
  1.2 应力检测方法  10-16
    1.2.1 有损应力检测方法  11-12
    1.2.2 无损应力检测方法  12-14
    1.2.3 常用应力检测方法的比较  14-16
  1.3 超声波应力检测的现状及国内外发展动向  16-17
  1.4 本文的主要工作  17-19
第二章 超声波应力检测的理论基础  19-30
  2.1 超声波的产生及其传播  19-23
    2.1.1 超声波的产生和接收  19-20
    2.1.2 超声波的分类  20-22
    2.1.3 超声波的传播  22-23
  2.2 超声波应力检测的相关理论  23-30
    2.2.1 声弹性效应  23-25
    2.2.2 L_(CR) 波的产生机理  25-27
    2.2.3 L_(CR) 波应力测量原理  27-30
第三章 基于声弹性理论的L_(CR)波切向应力检测技术  30-39
  3.1 基于脉冲波的L_(CR) 波应力检测技术  30-33
    3.1.1 脉冲波方式下L_(CR) 波应力检测方法  30-32
    3.1.2 脉冲波方式下L_(CR) 波应力检测中存在的主要问题  32-33
  3.2 基于LFMCW 的L_(CR) 波应力检测技术  33-36
    3.2.1 LFMCW 技术  33
    3.2.2 LFMCW 时间测量原理  33-35
    3.2.3 基于LFMCW 的L_(CR) 波应力检测方法  35-36
  3.3 基于互相关时延估计的传播声时测量原理  36-39
第四章 基于互相关时延估计的L_(CR)波应力检测系统的总体设计  39-56
  4.1 L_(CR) 波应力检测系统的工作原理  39-40
  4.2 系统所用仪器及软件简介  40-42
  4.3 L_(CR) 波应力检测系统的总体设计  42-56
    4.3.1 高压尖脉冲发生与功率驱动模块的设计  42-45
    4.3.2 超声换能器的选取及固定装置的设计  45-48
    4.3.3 数据采集模块  48-51
    4.3.4 数据分析模块  51-56
第五章 基于互相关时延估计的L_(CR)波应力测量实验  56-70
  5.1 测量实验平台  56-58
    5.1.1 测量系统的搭建  56-57
    5.1.2 实验应力加载平台  57-58
  5.2 应力测量实验过程  58-60
    5.2.1 实验方案规划  58-59
    5.2.2 实验条件准备  59
    5.2.3 方案1 实验过程  59-60
    5.2.4 方案2 实验过程  60
  5.3 实验信号处理与数据分析  60-66
    5.3.1 接收波信号分析  60-61
    5.3.2 应力测量数据处理结果  61-66
  5.4 实验误差分析  66-70
    5.4.1 入射角的影响  66-67
    5.4.2 实验材料引入的误差  67
    5.4.3 测量系统引入的误差  67-70
第六章 总结与展望  70-72
  6.1 本文工作总结  70
  6.2 进一步的研究  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-76
攻硕期间取得的研究成果  76-77

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 力学量测量仪表 > 力的测量仪表 > 压力计
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