基于磁致伸缩超声导波无损检测系统研究

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1、万方数据浙江大学硕士学位论文浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘鲎或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者繇弘辨签字魄立。，_}年)月1日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解逝’江盘堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论

2、文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：签字日期：土口I(年导师签字日期：沙73年3月卅日≥亿甲f日箬砂炔蚰万方数据浙江大学硕士学位论文致谢值此硕士论文完成之际，我要衷心的感谢吕福在副教授、项占琴教授、以及唐志峰副教授多年以来对我的谆谆教诲。项老师严谨的治学态度、诚挚宽容的为人之道，给我留下深刻影响，让我终生受益；吕老师创新活跃的思维、勤恳进取的作风，给

3、予我学业及工作上许多指引；唐老师坚实的理论知识、丰富的实践经验、严谨的科研精神，让我受益良多。在此谨给予指导我，帮助我的恩师们以最崇高的敬意!衷心感谢实验室的兄弟姐妹们，教一128愉快的学习的氛围，师兄弟姐妹间的关爱互助给我留下了深刻的印象。大家的深厚感情是我人生中的宝贵财富，在此特别感谢：李明范博士、崔曾柱博士、金贵阳博士、邓成钢博士、丁攀博士、胡剑虹博士、魏爱玉硕士、宋红晓硕士、张继深硕士、陈铭硕士、罗文硕士、张志胜硕士、徐正达硕士、王兆然硕士、刘洋硕士、王飞硕士、竺冉硕士、杜瑞涛硕士、张磊硕士、刘磊硕士、胡

4、游硕士、郑国军硕士、王亚东硕士、张小伟硕士、柳伟续硕士。在此由衷的向他们表示感谢与祝福!衷心感谢郑俊翔工程师、杨斌工程师、俞哲旦工程师、杨垄工程师、江亦宁工程师，感谢他们在学习工作上的支持。在此由衷的向他们表示感谢与祝福!衷心感谢我的家人和亲戚，正是他们无私的关怀和无尽的爱，使我得以顺利完成学业。在此向他们表示我由衷的谢意和深深的爱!最后谨向在百忙之中抽出宝贵时问评审我的论文的各位专家致以最真诚的敬意!骆苏军2012年12月于浙大求是园万方数据浙江大学硕士学位论文摘要针对钢管在各行业的广泛应用，通过现有检测手段很

5、难进行高效率、低成本的检测，研究了一种利用磁致伸缩换能器原理激励出超声导波进行无损检测的系统，本系统可以实现大范围、长距离构件的低成本、高效率检测。本课题首先设计了一个基于磁致伸缩原理的超声导波换能器，然后设计了一套基于FPGA与ARM硬件架构的信号激励与处理平台，在此硬件平台上进一步设计了友好的人机界面及控制逻辑。通过在一根76mm管径的钢管实验，验证了该系统对1％横截面损失的无损检测性能。论文第一章在简要介绍了管材应用及检测方法的基础上，概述了超声导波的研究现状；通过对国外已经商业化的几种超声导波检测系统的性

6、能对比，进一步明确了本课题所研究的磁致伸缩超声导波检测系统的意义和目标；最后提出了本课题研究的主要内容，为之后的研究工作指明思路。论文第二章首先引入各向同性弹性固体中的运动方程，进一步以空气中的空心钢管为模型分析了超声导波的多模态和频散，得出在T(0，1)扭转模态下的低频导波理论上是非频散的且模态单一；设计了一种磁致伸缩超声导波换能器，并通过换能器结构设计及信号采集处理方法实现了超声导波单方向传播与接收；最后通过试验数据论述了短时傅立叶变换在超声导波回波信号提取中的应用，试验结果表明短时傅立叶变换应用的有效性。论

7、文第三章首先设计了磁致伸缩超声导波无损检测系统框图，主要包括磁致伸缩扭转波换能器、嵌入式人机界面、嵌入式控制模块、激励信号源、功率放大模块、信号放大模块、信号滤波、AD采集等；然后设计了系统硬件架构，主要由FPGA和ARM组成的系统控制及人机界面模块；对ARM、FPGA及嵌入式操作系统的选择分别进行了分析；对几个关键硬件模块如锂电池管理、信号滤波器、数模与模数转换器以及无线通讯定位模块进行了分析设计，部分进行了仿真；最后从信号完整性的角度，分析了PCB的层叠设计和部分走线设计。论文第四章首先分析了DDS信号源的特

8、点及杂散效应，并给出了相应的解决方法及逻辑设计原理；对数据采集和数据传输部分的逻辑设计进行了分析；最后阐述了嵌入式软件的实现方法及功能，包括数据采集软件和数据分析软件。万方数据浙江大学硕士学位论文论文第五章首先提出了系统测试的方法，包括硬件的环境可靠性测试方法、电磁兼容性测试方法和软件测试方法；之后通过对一根管径76ram壁厚4mm钢管进行1％缺陷的实际检测，检测结果中缺