基于线性调频技术的焊缝超声检测系统与方法

摘要

随着工业的发展，大厚度焊接结构和粗晶材料的应用越来越广泛，尤其在压力容器、石油化工等领域。为了保证焊接结构的可靠性和在服役期间的安全性，需要对其进行无损检测，其中超声检测的应用最为广泛。对大厚度焊接结构和粗晶材料进行超声脉冲检测时存在着声波传播距离和分辨率之间的矛盾。
　　本文针对这一问题，开发了一套基于线性调频(Linear Frequency Modulation，LFM)技术的超声实时检测系统，该系统与利用信号发生器等设备搭建的实验室系统相比，具有在工程现场使用方便、体积小巧便于携带等优点，同时开放源码、提供数据接口协议，用户可以根据具体的需求进行二次开发。该系统的线性调频激励信号发生部分采用了基于直接数字式频率合成(Direct Digital Synthesizer，DDS)技术的芯片，发射信号的带宽在1MHz至20MHz范围内，时宽在1μs至1ms范围内。该系统的超声回波信号采集部分采用双通道同时采集，每通道的采样率为50MSPS。该系统的信号处理部分采用脉冲压缩技术，脉冲压缩系数能够自适应激励信号的改变。
　　在实验部分，本文采用超声TOFD检测法，通过实验数据分析确定了线性调频激励信号的带宽、激励电压等参数。采用本文开发的系统成功检测出碳钢和不锈钢模拟试件中的缺陷，其检测结果与传统脉冲超声检测的结果相比，可以检测出20mm厚碳钢板2mm大小的缺陷，并且信噪比有所提高。检测碳钢和不锈钢母材时，缺陷位置测量误差均不大于0.3mm，检测碳钢和不锈钢焊缝时，缺陷位置测量误差均不大于0.5mm，相对误差在5％以内。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 焊缝超声检测系统的发展

1.3 先进的超声检测技术

1.4 焊接结构的超声检测

1.5 本论文的主要研究内容

第2章 实验原理及实验方法

2.1 超声TOFD法检测基本原理

2.2 基于线性调频技术的超声检测原理

2.3 系统性能评价试件的制备

2.4 系统所用换能器的确定

第3章 基于线性调频技术焊缝超声检测系统的开发

3.1 线性调频脉冲激励信号发生单元

3.2 超声回波信号采集及处理单元

3.3 本章小结

第4章 基于线性调频信号的脉冲压缩算法的研究

4.1 线性调频信号的一般特性

4.2 线性调频信号的脉冲压缩

4.3 系统中脉冲压缩算法的实现

4.4 脉冲压缩算法的仿真

4.5 本章小结

第5章 系统性能评价与缺陷检测实验研究

5.1 系统参数的选择

5.2 系统性能的评价

5.3 实际焊缝检测实验研究

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的论文及其它成果

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