XX型火箭复合材料端头超声动态测厚技术研究

摘要

随着科学技术的不断发展,复合材料技术在航空航天、舰船、汽车工业以及其它领域获得了日益广泛的应用。碳-碳纤维复合材料作为一种优异的耐烧蚀材料在航空航天工程中得到广泛的应用,飞机刹车盘、飞行器外部包覆层等均应用到这一类型的复合材料。飞行器在使用过程中如果复合材料包覆层逐渐变薄,会直接影响包覆层下金属材料结构体的强度、弹性等性能,甚至导致整个结构件的损坏,造成重大人员和经济损失。因此实时测量碳-碳复合材料在使用过程中的厚度变化量是考核耐烧蚀复合材料的工作性能的重要手段,工程应用上也迫切需要一种能够在试验中进行复合材料实时动态测量厚度的测量系统。
　　超声波厚度测量系统具有无损和无放射性的优点,并且可以提供实时动态的测量结果,为复合材料包覆层的测量提供了强有力的技术手段。但是,碳-碳纤维复合材料相比于一般金属、塑料等均质材料,其介质中碳粉末颗粒较为粗糙,对于高频声波的吸收大、散射强。一般的工业使用的超声厚度测量系统其传感器工作频率在1MHz以上,粗晶传感器的工作频率也只达到500KHz,对于这些较高工作频率的超声测量系统,超声波的穿透能力和测量范围等特性不能够满足此类复合材料的测量要求。
　　本文研究了脉冲式超声波厚度测量技术应用于碳-碳纤维复合材料动态测量的原理和方法,通过对超声波厚度测量的原理进行分析,使用高速可编程逻辑器件实现了高速脉冲计数法厚度测量系统的电路设计,并结合实验分析研制了针对复合材料测量所需要的超声传感器。论文设计的超声波厚度测量系统,通过试验进行了系统性能测试和误差分析,提出了相应的解决措施,系统厚度测量精度达到0.5mm,并且设备在恶劣环境下能够稳定可靠的工作。

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第1章 绪论

1.1 课题来源及研究目的和意义

1.2 超声波在测厚技术的应用

1.3 基于FPGA的脉冲法厚度测量

1.4 论文的主要内容

第2章 超声测厚系统设计与实现

2.1 系统设计指标

2.2 超声传感器设计

2.3 电路系统设计方案

2.3 系统程序设计

2.5 本章小结

第3章 端头帽超声波测厚原理分析

3.1 端头帽模型的超声回波模拟

3.2 高速脉冲计数法厚度测量原理

3.3 误差分析

3.4 本章小结

第4章 超声测厚系统实验分析

4.1 传感器设计性能测试分析

4.2 电路系统设计性能测量分析

4.3 工程应用的缺陷

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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