超声数字散斑位移测量新技术研究

摘要

相干波入射到介质粗糙界面时,其折射波和背向散射波都会在空间相互干涉,形成振幅和相位随机分布的散斑场。散斑从一方面来讲是一种噪声,它会影响波的成像质量、引起信号失真等,但是另一方面来看,它却是一类反映事物性质及其变化规律的信息载体。超声散射与激光、微波、应力波散射具有相似之处,对超声散射场的特性进行研究不仅有助于探索各种物质波散射场的共同特性,而且通过对超声散射场的基本特性的认识有助于创建性能优越的超声散斑干涉计量术,它将比激光散斑干涉计量的应用更为广泛和深入。
　　本文在总结粗糙界面反射超声散斑场和界面反射P-SV波转型超声散斑的一阶和二阶统计特性的基础上,着重研究了散射界面运动时散斑场的空间运动规律,以及在此基础上建立起来的应用超声数字散斑相关法和超声数字散斑干涉法进行物面位移的测量。在对超声散斑场空间运动的理论分析中,运用Kirchhoff衍射理论和随机信号统计理论研究了粗糙界面反射空间中超声散斑空间运动与超声入射和接收方向以及界面位移的关系;当界面位移大于超声散斑平均尺寸时,可用相关法来测量界面的位移。本文还运用统计理论推导了在用超声散斑相关法测量界面转角位移时,转角位移对不同强度散斑的影响,并给出了散斑场相关性和转角位移之间的关系;当界面位移小于超声散斑平均尺寸时,可用基于相移技术的超声散斑相干法来测量界面位移。本文对此进行了理论分析和实验研究。
　　为验证界面反射超声散斑测量新技术理论分析结果,作者建立了实验系统,应用相关法和相干法对置于液下的物体位移进行了测量,对大量测量数据的统计分析,处理结果表明:超声散斑相关法和相干法位移(转角)测量的实验结果与理论分析结果有较好的吻合。

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1 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外激光散斑和超声散斑测量技术研究现状

1.3 研究意义

1.4 本文的主要工作

2 研究基础

2.1 超声学基础

2.2 光学基础

2.3 散斑基本知识

2.4 随机过程与随机信号相关分析[74]

2.5 实验基础

3 超声散斑场统计特性

3.1 界面反射超声散斑的一阶统计特性

.2 界面反射超声散斑二阶统计特性

3.3 界面反射P-SV波转型超声散斑统计特性

3.4 本章小结

4 界面上反射超声散斑空间运动规律

4.1 激光散斑空间运动规律

4.2 超声散斑空间运动规律

4.3 本章小结

5 超声数字散斑相关法测量原理及位移对相关性影响

5.1 数字散斑相关测量位移的基本理论

5.2 界面转角位移对相关性影响

5.3 本章小结

6 超声散斑数字干涉法测量位移

6.1 散斑干涉测量基本理论

6.2 实验测量原理

6.3 实验过程与结果

6.4 超声散斑数字方法测量位移的误差分析

6.5 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读学位期间发表论文目录