相控阵激光超声关键技术研究

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1、中图分类号：TP115.28论文编号：102870315-S028学科分类号：080402硕士学位论文相控阵激光超声关键技术研究研究生姓名葛金鑫学科、专业测试计量技术及仪器研究方向超声无损检测技术指导教师王海涛教授杨先明高级工程师南京航空航天大学研究生院自动化学院二О一五年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAutomationEngineeringResearchonKeyTechnologiesofPhasedArrayLaserUltrasonicA

2、ThesisinMeasuringandTestingTechnologiesandInstrumentsbyGeJinxinAdvisedbyProf.WangHaitaoSeniorEngineerYangXianmingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2015承诺书本人声明所呈交的博/硕士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

3、果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学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，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承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要随着现代工业的发展，对于无损检测的要求不断提高，超声检测也在常规超声检测的基础之上发展出超声相控阵技术和激光超声技术，本文重点研究相控阵激光超声检测的关键技术。本文首先研究超声检测的基本理论，介绍超声探伤的物理基础和描述超声声场的物理量。重点研究在理想声场情况下圆形换能器辐射

4、产生的纵波声场，并在此基础上研究超声声场的声压分布、声场的指向性和半扩散角。而实际超声检测过程中超声换能器产生的声场为实际声场，实际声场与理想声场存在区别，分析了存在差距的原因。在了解声场的基础上，使用直探头发射超声相控探头接收超声信号，并实现超声成像。从理论上分析了实验的可行性，同时超声成像时提出适用于实验系统的虚拟聚焦算法，介绍成像原理、超声图像重构和超声信号的处理方法。在此基础上将超声源改为激光，提出一种相控发射的相控阵激光超声检测方法。使用ANSYS软件对激光超声热力学过程进行仿真，通过仿真得到激光辐射后的温度场变化和位移波形。在仿真的基础上，通过实验的方

5、法对位移波形进行接收，同时利用实验系统对材料表面缺陷进行检测。多阵元接收、阵列激光设计和超声成像方法是相控阵激光超声的关键技术，基于这些关键技术设计了模拟多阵元接收和相控发射激光超声检测系统，实现了对材料内部缺陷和表面缺陷的检测。同时利用虚拟聚焦算法实现超声成像，将材料的缺陷信息直观反映出来，且成像的结果与实际相比较，成像结果与实际基本一致。本课题为相控阵激光超声检测进一步研究提供了基础。关键词：超声检测，超声场，虚拟聚焦，激光超声，相控发射I相控阵激光超声关键技术研究ABSTRACTWiththedevelopmentofmodernindustry,thede

6、mandfornondestructivetestingisincreasing.Basedontraditionalultrasonictesting,somenewkindsofultrasonictestingtechnologiesarecoming,suchasultrasonicphasedarraytechnologyandlaserultrasonictechnology,thispapermainlyfocusesonthekeytechnologiesofphasedarraylaserultrasonictesting.Basedontheb

7、asictheoryofultrasonictesting,thephysicalbasisofultrasonicflawdetectionandphysicalquantitiesofultrasonicfieldaredescribed.Focusonthelongitudinalwavesoundfiledirradiatedbyroundtransducerunderidealsoundfiled.Basedonthelongitudinalwavesoundfiled,studytheultrasonicsoundpressuredistributio

8、n,dir