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高性能嵌入式超声无损检测系统及其应用的研究

作　者: 夏军建
导　师: 杨克已
学　校: 浙江大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 自动化在线超声无损检测系统开发缺陷定量表征近表面缺陷识别
分类号: TH878.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

为了加快高性能在线超声无损检测设备国产化的步伐,摆脱长期依赖进口的窘境,本文结合国家自然科学基金项目《基于旋转声场的高性能自动化在线超声无损检测理论与实践研究》(NO.51175465),根据自动化在线超声无损检测技术在钢管质量监控中应用的特点,以提高超声无损检测技术的可靠性、实时性和定量化为研究目标,以PXI总线为信息传递桥梁,采用模块化的设计策略,研发了一套高性能嵌入式多通道全功能的超声无损检测系统,并结合无缝钢管在线超声无损检测的应用需求,开展了缺陷定量表征与识别技术的研究,发展了一种基于模型估计和群体融合算法的无缝钢管缺陷定量检测方法以及基于多频窗维纳滤波和谱外推相结合的近表面识别技术。具体的研究工作包括：第一章,论述了无损检测对现代工业的巨大贡献,介绍了超声自动在线检测系统在质量检测领域的重要作用,并对高性能超声无损检测系统的研究现状及其关键技术的发展趋势进行了系统地总结,明确了超声无损检测技术向高性能、实时化、高精度方向发展亟待解决的关键技术,为本文指明了研究方向。第二章,在明确高性能嵌入式超声无损检测系统功能和性能需求的基础上,设计了该系统的总体方案,并对整体构成作了简要的介绍。第三章,结合总体方案,对系统的核心测控部分——柔性超声发射单元、超声回波信号调理单元、高速A/D转换单元和实时信号处理及通信单元的基础硬件及底层运行软件进行研制,开发出应用于系统全功能检测通道的超声发射、接收一体化板卡和超声数字化及信号处理板卡。第四章,为了实现无缝钢管在线定量分析检测,提出了一种基于模型估计和群体融合算法的定量检测新方法。在对待检试件建立超声传播的层状模型,并利用波动方程确定该层状模型传递函数从而确立优化目标函数的基础上,采用群体融合算法优化求解该目标函数获取被检对象的特征信息达到定量检测的目的。第五章,针对近表面缺陷识别困难的问题,结合超声回波信号的基本模型,提出一种基于多频窗的维纳滤波和谱外推技术方法用于提高该类缺陷信号回波的时域分辨率和信噪比。第六章,对本文的研究内容进行了全面的概括和总结,并对未来更深入研究工作做了展望。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
目录  9-11
1 绪论  11-23
  1.1 本文研究的重要意义  11-13
  1.2 超声无损检测技术研究现状及其发展趋势  13-17
    1.2.1 检测理论研究日益深入  13-14
    1.2.2 信息技术广泛应用  14-16
    1.2.3 无损评价技术迅速崛起  16-17
    1.2.4 自动化在线检测受到普遍重视  17
  1.3 钢管自动化在线超声无损检测技术的研究现状  17-20
  1.4 本文的研究内容及其章节安排  20-23
2 嵌入式超声无损检测系统的总体方案  23-31
  2.1 引言  23
  2.2 系统功能描述及性能参数  23-27
    2.2.1 功能描述  24-25
    2.2.2 性能参数  25-27
  2.3 系统总体方案的设计  27-29
  2.4 本章小节  29-31
3 嵌入式超声无损检测系统关键模块的研制  31-49
  3.1 引言  31
  3.2 柔性超声发射单元的开发  31-35
  3.3 超声回波信号调理单元的研制  35-38
  3.4 高速AD转换单元的实现  38-39
  3.5 实时信号处理及通信单元的设计  39-47
  3.6 本章小节  47-49
4 基于模型估计和群体融合算法的钢管定量无损检测技术  49-59
  4.1 引言  49-50
  4.2 超声波在钢管管壁中的传播模型  50-53
  4.3 利用群体融合算法求解优化目标函数  53-55
  4.4 实验研究  55-58
  4.5 本章小节  58-59
5 基于维纳滤波和多频窗谱外推的近表面缺陷识别技术  59-69
  5.1 引言  59-60
  5.2 超声回波信号的基本模型  60-61
  5.3 基于维纳滤波和多频窗谱外推相结合的反卷积技术  61-63
    5.3.1 维纳滤波技术  61
    5.3.2 自回归谱外推技术  61-62
    5.3.3 多频窗组合算法  62-63
  5.4 仿真分析及实验研究  63-68
    5.4.1 仿真分析  63-65
    5.4.2 实验研究  65-68
  5.5 本章小节  68-69
6 总结与展望  69-71
  6.1 总结  69
  6.2 展望  69-71
参考文献  71-77
在学期间所参与的科研项目和取得的科研成果  77
  参与的科研项目  77
  取得的科研成果  77

高性能嵌入式超声无损检测系统及其应用的研究

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