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基于水下主动电场的阵列成像及缺陷检测的研究

王家琦  
【摘要】:主动电场的水下探测方法最初来自弱电鱼,是一种新生的水下探测技术,研究人员希望对当前水下探测方法做一些补充手段。本文基于水下主动电场探测原理,主要对水下物体成像与水下物体缺陷检测两个方面进行基础研究,一方面是从主动电场成像出发,设计阵列以及相应的成像算法,通过实验来观察成像的效果;另一方面从目标物体的转折频率出发,将转折频率运用到水下缺陷检测工作中,分析转折频率与缺陷之间的关系。综上,本文的内容主要分为以下几点:1.对于目前的几种主流的水下探测方法进行研究,分析当前传统探测方法的利弊,提出了主动电场水下探测的优势,从主动电场探测原理出发,首先构建了电场模型,用于模拟弱电鱼的发射接收,然后在实验中搭建了主动电场水下实验平台。2.从主动电场成像的角度出发,探索适用于水下主动电场成像的算法,在搭建好的实验平台上,通过对比不同材质的电极材料,选择合适于水下探测的电极,并且搭建阵列来接收成像。使用正方体、长方体、三棱柱、圆柱体、十字形、工字形、平行四边形、梯形等多种形状的目标物体进行验证实验,对成像效果进行分析,根据成像效果对成像影响因素进行了实验补充。3.探究转折频率在物体缺陷检测中的影响,基于短时傅里叶变换的分析方式,建立了时间-频率-幅值的三维联合时频谱图,设计了缺陷检测算法用以实验中检测缺陷,设计了转折频率识别算法用于实验中对于不同物体转折频率的判断。4.在上述算法理论的基础上进行实验,我们将这些功能通过LabVIEW搭建整合起来,并且设计了多种缺陷,通过对铜、铝、铁、钢等材质的金属物体、水下管道进行实验来寻找转折频率与缺陷之间的关系。之后又衍生到非金属,对非金属进行缺陷检测实验,获取了部分缺陷信息。5.对全文进行总结归纳,对于成像以及缺陷检测的潜在应用进行展望与可行性分析。


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