强噪环境下的光声信号检测技术研究

摘要

增材制造是近几年来发展起来的一种全新的加工模式，相对于传统的“减材”加工，增材制造具备可一体成型复杂结构，减少材料浪费等优点，目前针对于金属材料的增材制造主要用于航天、军工等对加工零部件具有很高要求的领域，为此，迫切需要一种有效的检测方式对增材制造加工的零部件进行缺陷检测。 本课题“强噪环境下的光声信号检测技术研究”主要是针对增材制造过程中的强噪环境下进行缺陷检测进行相关研究，结合光声效应压电理论、光声成像理论等技术完成对模拟增材制造样品的表面下缺陷的检测。在本课题的研究中，存在较多困难：（1）在所研究的基于铺粉的选区激光熔化技术（SLM）环境中，存在大量的干扰噪声，其中包括仪器振动噪声、电磁噪声、环境噪声等，如何在该强噪声下检测所需光声信号成为一个难点；（2）目前光声技术中运用最广的激光超声技术中的脉冲回波检测法对于表面下的小缺陷检测较为困难等。所以本课题采用了低频下的光声效应来进行缺陷检测，并达到了较为优良的效果。本论文中主要完成了以下工作： （1）完成了对光声压电理论、光声成像理论等检测技术理论的分析，并基于以上理论搭建了相关检测系统。 （2）开展了表面下缺陷的扫描研究：（a）对缺陷的多点扫描研究；（b）对缺陷的单线扫频研究；（c）对缺陷的二维成像研究。 （3）根据缺陷的多点扫面研究得出缺陷中心与无缺陷位置的信号变化规律。 （4）根据缺陷的单线扫频研究得出在不同调制频率下，激励激光扫过缺陷时的信号变化规律，并实现最小为0.2mm宽度缺陷的检出。 （5）根据（3），（4）点的研究成果对缺陷进行二维成像得出较为优质成像结果图。 通过本文的工作，实现了对模拟增材制造样品的表面下缺陷的接触式检测，并为系统实现光声空耦缺陷检测提供了大量的数据基础与检测可能性，具有一定的意义。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 增材制造背景下的检测方法及难点分析

1.3 光声技术的国内外发展简述

1.4本文研究内容与结构安排

1.4.1 论文的主要工作

1.4.2 论文的内容安排

第二章 理论基础

2.1 物质对光吸收

2.2光声压电理论

2.3光声成像理论及分层成像方法

2.3.1 光声成像理论

2.3.2 分层成像原理

2.4 缺陷与光声信号

2.5 弱信号的相关检测理论

2.5.1 自相关检测

2.5.2 互相关检测

2.6 本章小结

第三章 检测系统的设计与实现

3.1 检测硬件系统设计

3.2 软件设计及自动化控制

3.3 样品内部缺陷检测的验证性实验

3.4 本章小结

第四章 系统实验与结果分析

4.1 带缺陷样品的扫频实验研究

4.1.1 带有0.5mm孔缺陷样品多点扫频实验研究

4.1.2 带有0.5mm孔缺陷样品高频谐振实验研究

4.2 带缺陷样品的单线扫频实验研究

4.2.1 带有0.5mm孔缺陷样品单线扫频实验研究

4.2.2 多样品缺陷样品单线扫频实验研究

4.3 光声扫描缺陷成像实验研究

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 课题总结

5.2 课题展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果