高声阻抗表面层分层介质粘接缺陷的超声检测与成像

摘要

使用有限元软件 Comso1 Multiphysics 对窄带脉冲声源激发的不规则缺陷的散射声场进行了数值仿真，对孔径相近的平面换能器与聚焦换能器的接收回波和成像结果进行了比较。结果表明，有限元方法可以精确形象地描述声波与不规则缺陷的相互作用过程，平面换能器较聚焦换能器在高声阻抗表面层分层介质的缺陷检测中有更好的效果。考察了换能器孔径、激励脉冲相位变化对检测回波的影响。为了实现缺陷的自动检测与成像显示，以最小均方误差为准则，对检测信号进行自适应滤波解卷积处理。通过解卷积，能够减弱甚至完全消除高声阻抗层表面回波和层内共振回波的影响，突出缺陷的散射信息。为了验证有限元仿真结果与自适应滤波解卷积方法的可靠性，开展了实验研究。制作了钢板—有机玻璃—玻璃层状结构有圆孔型粘接缺陷的试样。实验测试结果与有限元仿真结果有很好的一致性，利用自适应滤波解卷积方法，对二界面存在圆孔型粘接缺陷的试样较好的实现了缺陷的自动检测和直观的超声C扫成像。关键词：层状介质，高声阻抗表面层，粘接缺陷，超声检测，有限元数值仿真，自适应滤波解卷积，扫描成像

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1课题研究背景

1.2超声检测的数值模拟

1.3超声成像及相关的信号处理方法

1.4水泥粘接质量超声评价方法及其缺点

1.5本文的工作

第2章高声阻抗表面层分层介质内缺陷超声检测的有限元模拟

2.1有限元方法及多物理场耦合分析软件Comsol Multiphysics

2.1.1有限单元方法

2.1.2多物理场耦合分析软件Comsol Multiphysics

2.2层状介质二维反射声场解析结果与有限元仿真结果的比较

2.2.1层间粘接良好的层状结构反射回波比较

2.2.2二界面有粘接缺陷的层状结构反射回波比较

2.3超声检测B型扫描的有限元模拟

2.3.1平面换能器B型扫描的有限元模拟

2.3.2聚焦换能器B型扫描的有限元模拟

2.3.3不同类型换能器的检测效果比较

2.4声波与缺陷的相互作用

2.5本章小结

第3章换能器孔径及激发脉冲的相位对回波的影响

3.1平面换能器的孔径大小对检测结果的影响

3.2激发脉冲相位的变化对检测回波的影响

3.3本章小结

第4章自适应滤波解卷积与缺陷的自动检测

4.1自适应滤波解卷积

4.1.1最小均方(LMS)算法基本原理

4.1.2缺陷散射回波信号卷积模型

4.1.3自适应滤波解卷积提取缺陷散射信号

4.2缺陷的自动检测

4.2.1缺陷的自动检测

4.2.2水泥层厚度发生变化时参考信号的适用性

4.3本章小结

第5章高声阻抗表面层分层媒质层间粘接缺陷的实验检测

5.1实验系统

5.2试样材料选取、制作及声学参数测量

5.3二界面粘接缺陷的实验检测

5.3.1实验测试B扫结果与有限元仿真结果的比较

5.3.2不同位置处的波形比较及自适应滤波输出

5.3.3缺陷的自动检测与成像显示

5.3.4不同类型激发源、不同类型换能器的检测效果比较

5.4本章小结

第6章总结与展望

6.1结论

6.2下一步的工作

谢辞

参考文献