基于LFM脉冲波的L_(CR)波应力检测的研究

【摘要】：超声应力检测是一种检测分辨率高、检测速度快以及可操作性好的无损应力检测技术，经过长时间的发展，已成为应力检测中一种重要的方式。临界折射纵波(the critically refracted longitudinal wave，LCR波)是一种特殊的超声纵波，其沿被测试件表面传播，且对应力敏感，基于LCR波的应力检测技术在实际工程中具有广阔的应用前景。 按超声波辐射方式的不同，LCR波的激发方式可分为连续波激发和脉冲波激发。本文首先分析了运用这两种方式激发LCR波的常规方法，以及其应力检测的原理，并详细分析了其应力检测的误差来源。接着，提出以线性调频(Linear FrequencyModulated, LFM)脉冲来激发LCR波，以实现应力的高精度测量。它能在较低的电压幅值下获得较大的发射能量，也能很好的将LCR波与折射波中其他杂波进行分离。 利用声弹性理论进行应力检测时，通常将应力引起的LCR波波速的变化转化为固定距离中传播声时的变化。本文分析了利用LFM脉冲实现高精度声时测量的优势，并运用MATLAB进行了仿真验证。接着，针对超声换能器能否激发产生LFM式的LCR波进行了讨论，文中运用OrCAD建立超声换能器的仿真模型，验证了采用LFM脉冲信号激发产生LFM式LCR波的可行性。然后，设计了基于直接数字频率合成器(Direct Digital Synthesizer, DDS)的LFM脉冲源，利用匹配滤波技术对LCR波进行提取，同时采用基于互相关的时延估计算法来得到传播声时的变化。 最后，设计基于LFM脉冲波的LCR波应力检测实验系统，对实验数据进行处理、分析，其结果表明该方法能有效提高时延估计精度，实现了应力的高灵敏度和高精度测量。