本文關(guān)鍵詞：鋼管自動化相控陣超聲成像檢測關(guān)鍵技術(shù)研究

  更多相關(guān)文章： 鋼管質(zhì)量檢測 相控陣超聲成像 聲場建模 圖像友好表征

【摘要】：以鋼管為代表的管材是管道的主體材料,對國民經(jīng)濟和人民生活產(chǎn)生重大影響,其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響相關(guān)設(shè)備的運行性能和使用壽命,長期以來對無損檢測技術(shù)具有強烈需求。而在各種無損檢測方法中,超聲無損檢測技術(shù)以其對人體安全無害、攜帶聲學(xué)信息豐富以及易于與信息技術(shù)相結(jié)合等優(yōu)點,成為鋼管質(zhì)量監(jiān)控的有效手段,并正朝相控陣超聲無損檢測方向發(fā)展。特別是相控陣超聲無損檢測技術(shù)除傳承超聲檢測共性特點外,還具有波束柔性合成和自適應(yīng)控制能力,能夠有效減少檢測盲區(qū),在鋼管檢測中表現(xiàn)出明顯的技術(shù)優(yōu)勢。但是,隨著鋼管生產(chǎn)應(yīng)用的規(guī)模化與質(zhì)量要求的嚴(yán)格化,傳統(tǒng)的手工檢測愈加難以適應(yīng)現(xiàn)代化發(fā)展需要,業(yè)界對自動化檢測的需求日益強烈。基于以上背景,本學(xué)位論文在國家自然科學(xué)基金項目"基于旋轉(zhuǎn)聲場的高性能自動化在線超聲無損檢測理論與實踐研究"(NO.51175465)的資助下,提出開展鋼管自動化相控陣超聲成像檢測關(guān)鍵技術(shù)研究。在分析相關(guān)檢測理論和工藝,實現(xiàn)鋼管內(nèi)相控陣檢測聲場建模的基礎(chǔ)上,解決實時高分辨率超聲成像及成像結(jié)果友好表征等關(guān)鍵問題,并將機電一體化與相控陣超聲無損檢測技術(shù)相結(jié)合,研發(fā)一套鋼管在線相控陣超聲成像檢測實驗系統(tǒng),開展相關(guān)實驗研究,為實現(xiàn)鋼管自動化在線超聲成像檢測奠定必要的技術(shù)基礎(chǔ)。具體研究工作包括:第一章,論述鋼管在國民經(jīng)濟和人民生活中的重要地位以及開展鋼管相控陣超聲無損檢測的重要意義,系統(tǒng)總結(jié)相控陣超聲無損檢測相關(guān)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢。指出當(dāng)前鋼管檢測所存在的主要問題,明確本文的研究內(nèi)容,為后續(xù)章節(jié)的研究指明方向。第二章,分析相控陣超聲波束的合成與控制原理,采用瑞麗積分法模擬液體介質(zhì)中的相控陣輻射聲場,并介紹常見的鋼管相控陣超聲成像技術(shù)。同時,提出鋼管自動化相控陣超聲成像檢測系統(tǒng)的功能目標(biāo),在此基礎(chǔ)上制定系統(tǒng)的總體方案,并規(guī)劃每個功能模塊的工作內(nèi)容和實現(xiàn)形式,為后續(xù)研究工作奠定理論及技術(shù)基礎(chǔ)。第三章,開展基于離散點源法的相控陣聲場建模技術(shù)研究。在利用離散點源建模理論對液體介質(zhì)和雙層液固介質(zhì)中的輻射位移場進行數(shù)值仿真的基礎(chǔ)上,針對鋼管自動化相控陣超聲無損檢測應(yīng)用的特點,完成楔塊-鋼管疊層結(jié)構(gòu)介質(zhì)內(nèi)相控陣超聲檢測聲場的理論計算,并分析不同換能器參數(shù)對相控陣超聲檢測聲場的影響,達到優(yōu)化檢測參數(shù)及實現(xiàn)聲束在鋼管感興趣區(qū)域內(nèi)聚焦的目的。第四章,開展鋼管相控陣超聲成像及其結(jié)果友好表征技術(shù)的研究。針對螺旋掃查成像的特點及實際螺距非均勻性的問題,在對A掃描檢測數(shù)據(jù)進行動態(tài)提取的基礎(chǔ)上,采用改進型雙線性內(nèi)插法將提取后的數(shù)據(jù)進行動態(tài)重采樣,有效建立空間坐標(biāo)與檢測數(shù)據(jù)之間的定量關(guān)系,實現(xiàn)螺旋掃查方式下的鋼管相控陣超聲C成像。同時,采用分區(qū)RGB顏色映射的策略,高對比度分辨率轉(zhuǎn)換成像數(shù)據(jù),達到友好表征鋼管相控陣超聲成像結(jié)果的目的。第五章,基于分布式體系結(jié)構(gòu)和模塊化設(shè)計策略,以自主研發(fā)的多通道相控陣檢測儀為功能核心部件,在完成相關(guān)硬件和上位機軟件設(shè)計開發(fā)的基礎(chǔ)上,成功研發(fā)出一套鋼管自動化在線相控陣超聲成像檢測實驗系統(tǒng)。同時,利用所研發(fā)的系統(tǒng)對無縫鋼管開展相關(guān)實驗研究,以驗證本文相關(guān)理論與技術(shù)的可行性和有效性。第六章,對全文的研究工作進行總結(jié),對將來的進一步研究進行展望。
【關(guān)鍵詞】：鋼管質(zhì)量檢測 相控陣超聲成像 聲場建模 圖像友好表征
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG115.285
【目錄】：

• 致謝4-5
• 摘要5-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 緒論11-25
• 1.1 論文的研究背景及意義11-15
• 1.1.1 鋼管具有廣泛應(yīng)用,對現(xiàn)代社會影響巨大11-12
• 1.1.2 超聲無損檢測是鋼管質(zhì)量監(jiān)控的有效手段12-14
• 1.1.3 自動化相控陣超聲成像檢測技術(shù)優(yōu)勢明顯14-15
• 1.2 相控陣超聲無損檢測相關(guān)技術(shù)研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢15-22
• 1.2.1 檢測理論日趨完善,檢測技術(shù)不斷豐富15-17
• 1.2.2 應(yīng)用范圍日益拓展,新的設(shè)備不斷涌現(xiàn)17-18
• 1.2.3 無損評價正在興起,超聲成像成為必然18-21
• 1.2.4 手工檢測難當(dāng)重任,自動檢測需求強烈21-22
• 1.3 本文研究內(nèi)容和章節(jié)安排22-25
• 第二章 鋼管相控陣超聲成像檢測基礎(chǔ)及系統(tǒng)總體方案25-35
• 2.1 鋼管相控陣超聲成像檢測基礎(chǔ)25-31
• 2.1.1 相控陣超聲波束的合成與控制25-27
• 2.1.2 相控陣超聲換能器的輻射聲場27-30
• 2.1.3 鋼管的相控陣超聲成像檢測技術(shù)30-31
• 2.2 鋼管自動化相控陣超聲成像檢測系統(tǒng)總體方案31-34
• 2.2.1 功能目標(biāo)31-32
• 2.2.2 總體方案32-34
• 2.3 本章小結(jié)34-35
• 第三章 鋼管相控陣檢測聲場的建模與優(yōu)化35-52
• 3.1 引言35-36
• 3.2 基于DPSM的聲場建模理論基礎(chǔ)36-46
• 3.2.1 均勻液態(tài)介質(zhì)下的聲場建模36-39
• 3.2.2 各向同性固體介質(zhì)中的點源振動傳播39-44
• 3.2.3 液固界面處的聲場線性方程組44-46
• 3.3 基于DPSM的相控陣檢測聲場建模方法46-48
• 3.3.1 雙層介質(zhì)內(nèi)聲波聚焦法則46-47
• 3.3.2 相控陣換能器輻射聲場的計算47-48
• 3.4 聲場的數(shù)值模擬及分析48-51
• 3.4.1 水-鋼雙層介質(zhì)內(nèi)檢測聲場的數(shù)值模擬48-49
• 3.4.2 楔塊-鋼管疊層結(jié)構(gòu)介質(zhì)內(nèi)相控陣檢測聲場的模擬及分析49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第四章 鋼管相控陣超聲成像與結(jié)果的表征52-60
• 4.1 引言52
• 4.2 相控陣超聲檢測信號預(yù)處理52-55
• 4.2.1 超聲回波信號消噪53-54
• 4.2.2 缺陷幅值動態(tài)提取54-55
• 4.3 鋼管相控陣超聲成像結(jié)果友好表征55-59
• 4.3.1 實時雙線性內(nèi)插重采樣技術(shù)56-58
• 4.3.2 分區(qū)顏色映射與歸一化處理58-59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 鋼管自動化相控陣超聲成像檢測系統(tǒng)60-74
• 5.1 系統(tǒng)研發(fā)60-71
• 5.1.1 硬件模塊設(shè)計60-66
• 5.1.2 軟件模塊開發(fā)66-70
• 5.1.3 系統(tǒng)集成70-71
• 5.2 實驗研究71-73
• 5.3 本章小結(jié)73-74
• 第六章 總結(jié)與展望74-76
• 6.1 結(jié)論74-75
• 6.2 展望75-76
• 參考文獻76-79

【參考文獻】

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本文編號：726344