基于损伤表面反射率的超声频域逆散射模型定量成像方法

论文摘要

超声相控阵利用传感器阵列所采集的损伤散射信号具有空间信息互补的特点,因此极大地提升了微小损伤检测能力与成像效果。全聚焦成像算法(TFM)因其分辨率高和信噪比高的特点得到了广泛应用。然而,传统的TFM算法在成像过程中仅考虑了超声传播时间,忽略了入射波与损伤相互作用,无法利用材料的物理参数增强损伤成像的质量。因此,本文分析超声波激发、入射波场与损伤相互作用及传感接收超声信号的整个过程,建立了以损伤表面反射率为指标的频域逆散射模型定量成像方法,实现损伤的高精度定量成像。主要的研究工作如下:理论分析了超声体波与导波在各向同性介质中的传播特性及特定频厚积下的导波结构。基于超声波在检测过程中到达损伤及返回阵列的整个传播过程,分析散射声场随入射声场的变化关系,构建损伤超声散射模型。进而根据损伤表面反射率的特征,经过IFFT得到了频域损伤逆散射模型,实现以损伤表面反射率为指标的精确量化成像。为了验证所提出的逆散射模型成像方法的有效性,建立了超声波在二维及三维损伤结构中传播的数值模型,数值模拟研究圆孔及裂缝状损伤的检测。比较时域TFM算法、频域TFM算法和逆散射模型三种成像方法的损伤成像效果。结果表明,在超声体波损伤检测中,三种成像方法均能够实现损伤的定位,但是频域TFM算法相比于时域TFM算法有更高的分辨率和信噪比,而逆散射模型成像方法在成像精度和信噪比上又优于频域TFM算法。当对板中的损伤进行检测时,由于导波的频散效应,时域TFM算法无法实现对损伤的定位以及表征损伤的大小;而频域TFM算法和逆散射模型成像方法在频域通过对各频率成分的接收信号做延迟和叠加处理,有效利用频散关系增强了成像质量,能够准确的对损伤进行定位,且逆散射模型成像方法具有更高的成像灵敏度和信噪比。因此,逆散射模型成像方法既适用于体波检测,又适用于导波检测,实现了损伤的高精度定量成像。基于超声波与损伤相互作用建立的损伤超声逆散射模型,以损伤表面反射率为指标实现了损伤精确量化成像,为微小损伤的精确定量成像提供了新方法,并为在复合材料中的微小损伤检测研究提供了参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 超声相控阵损伤检测研究现状
•     1.2.2 全聚焦损伤成像算法研究现状
•     1.2.3 逆散射损伤成像的研究现状
•   1.3 本文主要内容及创新点
•     1.3.1 本文主要内容
•     1.3.2 创新点
• 第2章 弹性波传播理论基础
•   2.1 各向同性介质中的体波
•   2.2 各向同性介质中的板波
•     2.2.1 Lamb控制方程
•     2.2.2 频散曲线
•     2.2.3 波结构分析
•   2.3 本章小结
• 第3章 基于表面反射率的损伤逆散射理论模型
•   3.1 全聚焦损伤成像算法
•   3.2 损伤散射模型
•   3.3 损伤逆散射成像算法
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于弹性波的损伤散射数值模拟研究
•   4.1 二维体波损伤模型
•     4.1.1 损伤厚度对成像结果的影响
•     4.1.2 损伤尺寸对成像效果的影响
•     4.1.3 损伤取向对成像效果的影响
•     4.1.4 损伤类型对成像效果的影响
•     4.1.5 多损伤测量模型
•   4.2 三维板波损伤模型
•     4.2.1 仿真参数设定
•     4.2.2 仿真结果分析
•   4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 周雷

导师: 许伯强

关键词: 逆散射模型,超声波,损伤定量成像,全聚焦算法,表面反射率

来源: 江苏大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 物理学,工业通用技术及设备,计算机软件及计算机应用

单位: 江苏大学

分类号: O426.2;TP391.41;TB553

总页数: 68

文件大小: 12407K

下载量: 63