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第1章 高温射频超导量子干涉器弱磁场检测技术1

1.1 超导量子干涉器与弱磁场检测技术1

1.1.1　超导量子干涉器1

1.1.2　超导量子干涉器在弱磁场检测中的应用8

1.1.3　超导量子干涉器用于钛合金检测10

1.1.4　超导量子干涉器用于航空探测潜艇12

1.2　试验方法14

1.2.1　钛合金铁磁夹杂物检测实验方法14

1.2.2　超导量子干涉器用于探测潜艇可行性研究的实验方法15

1.3　主要仪器设备16

1.3.1　超导量子干涉器器件的制作16

1.3.2　超导量子干涉器信号发射／接收设备18

1.3.3　低温系统19

1.3.4　局部电磁屏蔽系统20

1.3.5　计算机控制三维扫查系统23

1.3.6　数据采集系统24

1.4　超导量子干涉器用于钛合金的检测25

1.4.1　钛合金中铁夹杂的产生及其常规检测方法25

1.4.2　应用超导量子干涉器对钛合金中铁夹杂物的检测26

1.4.3 应用超导量子干涉器对钛合金中硬质合金夹杂物的检测31

1.5　超导量子干涉器弱磁场检测中的信号提取33

1.5.1　干扰信号的消除33

1.5.2　系统噪声的消除37

1.5.3　面扫描显示缺陷信号39

1.5.4　面扫描中的噪声信号44

1.6　超导量子干涉器对潜艇探测可行性研究44

1.6.1　潜艇磁性的产生44

1.6.2　采用超导量子干涉器对潜艇探测的关键问题45

1.6.3　振动状况的模拟45

1.6.4　模拟体试验47

1.6.5 实测结果48

1.6.6　磁异探测中潜艇的数学模型49

参考文献51

第2章　声发射检测信号处理新技术53

2.1　声发射检测技术与信号处理53

2.1.1　声发射检测技术53

2.1.2　声发射检测技术发展历程54

2.1.3　声发射检测信号处理方法的进展55

2.1.4　声发射检测信号处理方法集成化的发展现状62

2.2　基于小波变换的声发射信号处理方法63

2.2.1　声发射信号的特征分析64

2.2.2　小波变换的物理理解65

2.2.3　声发射信号小波分析的小波基选取的规则与方法66

2.2.4　声发射信号小波分析算法及相关问题的研究70

2.2.5　小波变换对声发射信号特征分析方法的研究73

2.3　基于BP人工神经网络的声发射信号模式识别85

2.3.1 BP网络及其模式识别原理85

2.3.2　声发射模式识别应用中的BP算法的不足与改进86

2.3.3　声发射信号模式识别的BP网络结构设计与优化问题90

2.4　盲目反卷积在声发射源信号处理中的应用研究98

2.4.1　声发射源信号的卷积模型98

2.4.2　声发射源反卷积模型求解的研究100

2.4.3　盲目反卷积对断铅声发射信号的分析102

参考文献106

第3章 基于时频分析的粗晶材料超声检测技术113

3.1　粗晶金属材料超声检测概况113

3.1.1　材料晶粒度对超声检测的影响113

3.1.2　粗晶材料的组织特点与现有检测手段116

3.1.3　超声信号处理技术的研究现状117

3.1.4　粗晶材料超声检测技术的研究现状119

3.1.5　本章所论述的研究内容的意义119

3.2　超声信号的时频分析与时频图像120

3.2.1 超声信号的常带宽时频分析与二维信号阵列120

3.2.2 超声信号的常Q时频分析与二维信号阵列121

3.2.3　超声信号时频图像的物理意义122

3.2.4 常带宽时频分析与常Q时频分析时频图像对比123

3.3　脉冲超声检测时频分析“三步法”123

3.3.1 第一步：脉冲超声信号常Q时频分析图像优化124

3.3.2　第二步：时频图像缺陷信息提取130

3.3.3　第三步：缺陷信息的A型显示136

3.3.4　时频分析三步法小结137

3.4　时频分析“三步法”材料检测实验研究137

3.4.1 实验内容137

3.4.2 实验小结147

3.5　脉冲超声时频分析检测系统的研究与设计150

3.5.1 系统的信号处理功能150

3.5.2　系统的硬件设计规划150

3.5.3　系统的关键硬件环节设计153

3.5.4　系统的结构特点与性能特点157

参考文献158

第4章　非线性超声检测技术162

4.1　非线性超声检测技术概述162

4.1.1 金属构件中的闭合裂纹及其检测方法162

4.1.2　非线性超声无损检测技术164

4.1.3 非线性超声无损检测技术的国内外研究现状165

4.2　闭合裂纹超声非线性响应的建模及模拟168

4.2.1 金属材料闭合裂纹的超声非线性响应169

4.2.2　影响闭合裂纹超声非线性响应的因素170

4.2.3　闭合裂纹的超声非线性响应171

4.2.4 闭合裂纹超声非线性响应分析模型173

4.2.5 闭合裂纹超声非线性响应的等效检测模型182

4.3 非线性超声检测方法与检测系统设计183

4.3.1 非线性超声无损检测的基本要求183

4.3.2　非线性超声检测方法和特征参数的选取184

4.3.3　非线性超声检测系统的指标要求与性能影响因素187

4.3.4 基于非相干叠加原理的非线性超声检测方法188

4.4　金属材料疲劳损伤的非线性超声无损检测194

4.4.1 疲劳损伤超声无损检测的基本理论194

4.4.2 45钢疲劳试件的非线性超声检测实验研究196

4.4.3　铁路车辆RD2车轴疲劳状态非线性超声无损评价198

参考文献201

第5章　相控阵超声检测系统及其关键技术205

5.1　相控阵超声技术的概况205

5.1.1　发展相控阵超声技术的意义205

5.1.2　相控阵超声技术的应用与发展206

5.2　相控阵超声原理及系统关键技术212

5.2.1　相控阵超声原理概述212

5.2.2　相控阵超声中的关键技术概述213

5.3　相控阵超声检测系统的设计223

5.3.1　相控阵超声检测系统总体设计223

5.3.2　一维线性超声换能器阵225

5.3.3　相控超声发射／接收及数据采集处理卡225

5.3.4　系统主控计算机242

5.3.5　相控阵超声检测系统软件设计242

5.4　时钟同步和相控延时244

5.4.1　相控阵超声系统的时钟与同步244

5.4.2　相控阵超声发射／接收中相位延时的实现247

5.5 实验结果255

5.5.1　单阵元发射基本实验256

5.5.2　单阵元发射声场测试258

5.5.3　线性小振幅波叠加原理实验259

5.5.4　相控阵超声发射实验262

5.5.5　相控阵超声接收实验264

5.5.6　模拟缺陷试块检测实验266

参考文献268

第6章 自适应聚焦数字相控阵超声检测系统273

6.1　相控阵超声检测技术273

6.1.1　相控阵超声检测仪器与系统273

6.1.2　超声检测声束聚焦控制技术发展现状274

6.2　相控阵超声检测原理及阵列探头设计276

6.2.1　超声辐射的原理与特性276

6.2.2　相控阵超声检测技术原理278

6.2.3　相控阵超声阵列探头设计280

6.3　数字相控阵超声检测系统285

6.3.1 数字相控阵超声检测系统同步与时间延迟精度286

6.3.2 数字相控阵超声检测系统独立通道数的优化选择291

6.3.3　数字相控阵超声检测系统模／数转换环节的设计295

6.3.4　数字相控阵超声检测系统发射电路设计分析298

6.3.5　数字相控阵超声检测系统的设计和实现301

6.4　相控阵超声检测中的自适应聚焦技术309

6.4.1 相控阵超声自适应聚焦方法的选择分析309

6.4.2　相关法时间延迟估计310

6.4.3　声束偏转自适应聚焦研究321

6.5　柔性阵列探头相控阵超声检测技术探讨性研究324

6.5.1 柔性相控阵超声阵列探头分析325

6.5.2　柔性相控阵超声检测328

6.5.3 柔性相控阵超声检测实验结果与分析331

6.6　实验结果与分析332

6.6.1 数字相控阵超声检测系统基本功能实验结果与分析332

6.6.2　声束的动态控制检测实验与分析337

6.6.3 阵元间距与偏转角关系的验证与分析338

6.6.4　钛合金的相控阵超声检测实验340

参考文献341

附录 自适应聚焦数字相控阵超声检测系统照片345

第7章　相控阵超声检测中的自适应信号补偿技术346

7.1 相控阵超声检测实验系统的设计及性能指标讨论347

7.1.1 相控阵超声检测实验系统的结构347

7.1.2　换能器阵列347

7.1.3　多通道相控发射模块350

7.1.4 多通道相控接收模块350

7.1.5　实验系统检测指标的评价351

7.1.6　线阵聚焦实验352

7.2　声束的相位畸变模型353

7.2.1　超声信号的畸变353

7.2.2　声束畸变原因分析355

7.2.3　相位偏差分析模型359

7.3　基于相关分析法的相位偏差矫正361

7.3.1　超声信号的相关分析法361

7.3.2　邻近相关分析方法364

7.3.3　集总相关分析方法370

7.3.4　混合相关分析方法374

7.4 超声信号幅度畸变及其补偿方法378

7.4.1 超声信号幅度畸变模型378

7.4.2　超声信号幅度畸变补偿方法的探讨381

7.4.3　幅度畸变的自适应补偿算法383

7.4.4 实验结果384

7.5　超声信号畸变补偿算法的改进384

7.5.1　声束合成信号的快速重构385

7.5.2　检测信号的补偿387

7.5.3　实验结果391

7.6　基于自适应信号补偿的相控超声检测与目标分辨391

7.6.1 基于自适应信号补偿算法的相控超声检测391

7.6.2 主声束域中存在多个缺陷时的目标分辨395

7.6.3　人工缺陷试块上的自适应相控超声检测实验397

7.6.4　小结399

参考文献399

第8章　提高相控阵超声检测成像分辨率的相关技术400

8.1　相控阵超声成像技术研究概况400

8.1.1　相控阵超声成像的特点400

8.1.2　相控阵超声成像技术的研究现状401

8.1.3　相控阵超声检测成像分辨率定义403

8.1.4　本章研究和论述的主要内容403

8.2　相控阵超声激励频率优化403

8.2.1　对比度分辨率分析404

8.2.2　超声衰减特征404

8.2.3　阵元带宽的影响407

8.2.4　相控阵列的频率优化408

8.2.5　实验研究413

8.3　混频相控阵416

8.3.1　混频相控阵的提出416

8.3.2　激励向量优化417

8.3.3　混频相控阵的本质及实现421

8.3.4　仿真试验424

8.3.5　实验研究426

8.4　空间并行波束合成430

8.4.1　波束合成的意义431

8.4.2　波束合成技术与实现方法434

8.4.3　空间并行波束合成的算法436

8.4.4　仿真算法及试验440

参考文献445

第9章　面阵相控阵超声三维成像检测技术448

9.1　二维阵列相控阵超声检测技术448

9.1.1 研究二维阵列相控阵超声检测技术的必要性448

9.1.2　二维阵列相控阵超声检测国内外研究现状450

9.1.3 二维阵列相控阵超声检测的主要难点451

9.2　二维阵列相控阵超声检测系统453

9.2.1 二维阵列相控阵超声检测系统的结构与功能453

9.2.2　二维阵列探头的设计453

9.3　二维阵列相控阵超声三维成像460

9.3.1 空间波束采样定理的导出和数据扫描方案的确定460

9.3.2　波束合成简介与波束合成方案的选择463

9.3.3　本章所研究并采用的直接波束合成方案466

9.3.4　二维阵列相控阵超声三维成像实验468

9.3.5　低信噪比背景下相关相位校正研究470

9.3.6　适合于低信噪比信号的混合相关相位校正473

9.4　相控阵超声二维稀疏阵列的应用研究473

9.4.1 采用稀疏阵列的必要性及稀疏阵列方案选择473

9.4.2　采用遗传算法设计二维稀疏阵列476

9.4.3 最小冗余度阵列和遗传算法结合（MRLA+GA）设计一维稀疏阵列482

9.4.4 最小冗余度阵列和遗传算法结合（MRLA+GA）设计二维稀疏阵列486

9.5　子阵合成相控阵研究488

9.5.1　合成孔径技术的启示与子阵合成相控阵方法的提出488

9.5.2 子阵合成相控阵中子阵划分方案的确定490

9.5.3　模拟实验验证498

参考文献500

第10章　水轮机空化噪声及其检测技术504

10.1 水轮机的空化与空化噪声504

10.1.1　水轮机的空化现象504

10.1.2 国内外关于空化噪声检测的研究507

10.2　水轮机空化噪声特性509

10.2.1　试验系统509

10.2.2　试验参数确定515

10.2.3　空化噪声特性研究516

10.3　多参数下水轮机空化检测研究525

10.3.1 单位转速调节时水轮机空化检测研究526

10.3.2　导叶开口百分比调节时水轮机空化检测研究528

10.3.3 吸出高度调节时水轮机空化检测研究530

10.3.4　空化检测性能评价535

10.3.5 小结536

10.4　水轮机空化检测中的干扰抑制技术研究536

10.4.1　干扰抑制效果指标537

10.4.2 非空化水动力噪声及机械噪声抑制技术537

10.4.3　基于小波理论的背景噪声干扰抑制技术544

10.4.4　空化检测性能评价548

10.4.5 基于脉冲信号成分含量的水轮机空化检测研究549

10.5 水轮机空化检测系统的实现及其应用553

10.5.1　水轮机空化检测系统总体设计553

10.5.2　系统的硬件设计与实现554

10.5.3　系统的软件设计556

10.5.4　系统的应用情况556

参考文献557

附录　Po702模型转轮的综合特性曲线560