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超声相控阵技术及其应用研究

作　者: 燕会明
导　师: 宋文爱
学　校: 中北大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 超声相控阵动态光弹聚焦
分类号: TB517
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 600次
引　用: 5次
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内容摘要

超声相控阵是一种特殊的超声检测技术,其原理类似相控阵雷达、声纳和其他波动物理学应用的原理。超声相控阵中每一个阵元近似看成圆柱波的一个线源,通过控制阵元激励时间,使得所有阵元发射的超声波在一预定点处的相位和幅度同步,使超声波偏转聚焦,提高检测灵敏度。并且可以随意控制聚焦点的特性,大大提高了检测效率,因此,近年来正成为现代无损检测技术研究的热点。本文利用Tc和Matlab进行了声场模拟,得到了矩形、正方形单阵元换能器和线性换能器阵的空间辐射声场分布情况,同时对线性换能器相控阵声场也进行了模拟,再进一步利用动态光弹系统对阵列换能器的声场分布进行了研究,为后续实验工作打下了良好的基础。提出了一种简单的超声相控阵检测方法,避开了延时电路的设计,采用数字合成聚焦代替了相控阵动态聚焦。并设计了一套22阵元的相控阵检测实验系统,以荷兰试块为实验试块,取得了比较好的效果,验证了该方法的可行性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 引言  8-22
  1.1 选题背景及意义  8-9
  1.2 超声成像技术  9-15
    1.2.1 超声成像的原理和特点  9-10
    1.2.2 超声成像技术的发展和分类  10-14
    1.2.3 超声相控阵技术的优点  14-15
  1.3 超声相控阵技术的发展与应用  15-20
    1.3.1 相控阵技术的发展  15
    1.3.2 超声相控阵与医学  15-18
    1.3.3 超声相控阵与无损检测  18-20
  1.4 课题研究的内容  20-22
2 超声波声学基础研究  22-37
  2.1 超声辐射的原理和特性  22-30
    2.1.1 单源换能器的辐射声场  22-24
    2.1.2 矩形换能器的辐射声场  24-28
    2.1.3 阵列换能器辐射声场  28
    2.1.4 矩形换能器阵列辐射声场  28-30
  2.2 超声相控阵原理  30-36
    2.2.1 超声相控阵原理概述  30-31
    2.2.2 超声相控阵计算方法  31-34
    2.2.3 相控阵超声场模拟聚焦  34-36
  2.3 本章小结  36-37
3 超声波在固体中散射声场研究  37-48
  3.1 玻璃中圆柱形孔散射的实验观察  37-41
  3.2 超声相控阵光弹实验  41-44
  3.3 玻璃圆孔检测区域光弹实验  44-47
  3.4 本章小结  47-48
4 相控阵超声检测方法研究  48-68
  4.1 本系统所涉及超声成像的方法  48-52
    4.1.1 合成孔径聚焦成像  48-49
    4.1.2 ALOK 法成像  49-50
    4.1.3 超声相控阵法成像  50-51
    4.1.4 本文采用的超声成像方法  51-52
    4.1.5 原理实验系统的总体方案设计  52
  4.2 一维线阵实验系统的设计  52-53
  4.3 实验数据采集和处理  53-67
    4.3.1 信号群A 分析  54-63
    4.3.2 信号群B 分析  63-67
  4.4 本章小结  67-68
5 试验系统参数分析  68-76
  5.1 系统分辨力分析  68-70
  5.2 阵列设计分析  70-75
    5.2.1 有效孔径  70-71
    5.2.2 有效作用孔径  71
    5.2.3 有效孔径的最小值  71-72
    5.2.4 被动孔径  72-73
    5.2.5 阵元间距、阵元间隙和阵元宽度  73
    5.2.6 主瓣、旁瓣和栅瓣  73-74
    5.2.7 栅瓣幅度  74-75
  5.3 本章小结  75-76
结论  76-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果  81

超声相控阵技术及其应用研究

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