数字实时脉冲回波谱分析法薄材料声速测量系统的研制与应用

摘要

声速是材料的重要物理参数，声速不仅与材料的粘塑性有关而且与材料的强度、弹性模量有关，因此准确测量材料的声速非常重要。但是随着各种厚度较薄材料在工程中的广泛应用，传统的声速测量方法在实际应用中遇到了困难。脉冲回波谱分析法对噪声较大信号和薄材料的声速测量有其独到之处，因此对其进行理论和实验研究具有很大的应用价值。本文首先在理论上推导了脉冲回波谱分析法测声速的原理，其原理是把接收到的多次超声回波进行FFT幅度谱变换，然后根据其幅度谱的极大值得到频率差值f0，结合材料厚度d，由c=2df0得到材料声速，同时分析了可能影响结果的因素。实验验证了脉冲回波谱分析法测声速的优点，结果表明其对噪声较大信号的声速测量具有很大优势，可以用来测量薄材料的声速。其次本文建立了一套数字实时系统，此系统由虚拟示波器DSO-2150的二次开发实现。通过二次开发增加了其实时数据的采集和处理分析的功能，并简单提出了谱分析以及频谱图中波峰提取的算法。最后实现了数字实时脉冲回波谱分析法声速测量系统的实际应用。实际测量了固体、液体特别是薄材料(厚度为0.80mm、1.06mm、1.50mm和2.O1mm的不锈钢板)的声速，其误差最大在厚度为0.80mm时为0.2％，随着厚度增加误差会减小，当到2.O1mm时为O.018％。测量结果表明有很好的一致性，特别是对薄材料声速的测量有很大优势，而且简单易用。关键词：声速，谱分析法，薄材料，数字实时系统

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第1章引言

1.1概述

1.2声速测量的现状

1.3谱分析的原理

1.4谱分析声速测量的研究现状

1.5本文的主要工作

第2章脉冲回波谱分析法测声速的理论与实验研究

2.1谱分析的方法

2.1.1离散傅立叶变换(DFT)

2.1.2快速傅立叶变换(FFT)

2.2谱分析法在处理超声信号中存在的问题

2.3脉冲回波谱分析法测声速的原理

2.4影响谱分析法结果的主要因素

2.4.1采样频率对FFT的影响

2.4.2采样特征点对FFT分析结果的影响

2.4.3不同闸门宽度对FFT分析结果的影响

2.5脉冲回波谱分析法测声速的实验研究

2.5.1实验仪器

2.5.2参考声速的取得

2.5.3实验结果分析

2.5.4实验小结

2.5.5谱分析法优点的实验论证

2.6本章小结

第3章数字实时系统的建立

3.1 DSO-2150

3.1.1 DSO-2150的优点

3.1.2 DSO-2150的详细参数

3.2 DSO-2150的二次开发

3.2.1 DSO-2150二次开发的准备

3.2.2 DSO-2150的二次开发界面

3.2.3 DSO-2150数据采集功能的实现

3.3本章小结

第4章数字实时脉冲回波谱分析法测声速系统的应用

4.1谱分析算法的实现

4.2实时测量液体声速

4.3实时测量固体声速

4.4实时测量薄材料声速

4.4.1参考声速

4.4.2实时测量薄材料声速

4.4.3小结

4.5本章小结

第5章总结与展望

5.1本文工作总结

5.2本文的不足及工作展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果