基于LFM脉冲波的LCR波应力检测的研究

摘要

超声应力检测是一种检测分辨率高、检测速度快以及可操作性好的无损应力检测技术，经过长时间的发展，已成为应力检测中一种重要的方式。临界折射纵波(the critically refracted longitudinal wave，LCR波)是一种特殊的超声纵波，其沿被测试件表面传播，且对应力敏感，基于LCR波的应力检测技术在实际工程中具有广阔的应用前景。
　　按超声波辐射方式的不同，LCR波的激发方式可分为连续波激发和脉冲波激发。本文首先分析了运用这两种方式激发LCR波的常规方法，以及其应力检测的原理，并详细分析了其应力检测的误差来源。接着，提出以线性调频(Linear Frequency Modulated, LFM)脉冲来激发LCR波，以实现应力的高精度测量。它能在较低的电压幅值下获得较大的发射能量，也能很好的将 LCR波与折射波中其他杂波进行分离。
　　利用声弹性理论进行应力检测时，通常将应力引起的LCR波波速的变化转化为固定距离中传播声时的变化。本文分析了利用LFM脉冲实现高精度声时测量的优势，并运用MATLAB进行了仿真验证。接着，针对超声换能器能否激发产生LFM式的LCR波进行了讨论，文中运用OrCAD建立超声换能器的仿真模型，验证了采用LFM脉冲信号激发产生LFM式LCR波的可行性。然后，设计了基于直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer, DDS)的LFM脉冲源，利用匹配滤波技术对LCR波进行提取，同时采用基于互相关的时延估计算法来得到传播声时的变化。
　　最后，设计基于LFM脉冲波的LCR波应力检测实验系统，对实验数据进行处理、分析，其结果表明该方法能有效提高时延估计精度，实现了应力的高灵敏度和高精度测量。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 应力检测技术

1.3 常用应力检测技术的比较

1.4 超声应力检测的国内外发展状况

1.5 本文的主要工作

第二章 LCR波应力检测的理论基础

2.1 超声波概述

2.2 超声波的产生与接收

2.3 超声波在弹性固体中的传播

2.4 固体声弹性理论

2.5 LCR波应力检测技术

第三章 基于声弹性理论的LCR波应力检测技术

3.1 LCR波的激发和接收

3.2 连续波激发时的LCR波应力检测技术

3.3 脉冲波激发的LCR波应力检测技术

第四章 基于LFM脉冲波的LCR波应力检测技术

4.1 LFM脉冲波简介

4.2 LFM脉冲波测量声时的优点

4.3 LFM脉冲激发LCR波的仿真

第五章 基于LFM脉冲波的LCR波应力检测系统

5.1 应力检测实验系统

5.2 应力检测实验平台

5.3 应力测量实验方案

5.4 实验信号处理与分析

第六章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间的研究成果