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红外与激光工程 2022年第2期51卷 471-483页

作者：孙强戴鹭楠应恺宁倪辰荫南京理工大学电子工程与光电技术学院江苏南京210094 南京理工大学理学院江苏南京210094

激光超声检测技术由于其非接触、高灵敏度和高空间分辨率特点,在无损检测领域具有广阔的应用前景。但其在高空间分辨率下进行大面积扫查需要花费较长的扫描时间,实用性受到制约。针对上述问题,文中提出使用二分搜索方法提高了检测速度,... 详细信息

激光超声检测技术由于其非接触、高灵敏度和高空间分辨率特点,在无损检测领域具有广阔的应用前景。但其在高空间分辨率下进行大面积扫查需要花费较长的扫描时间,实用性受到制约。针对上述问题,文中提出使用二分搜索方法提高了检测速度,并使用压缩感知算法将所探测到的激光超声信号表示为小波基的线性加权组合,最终从二分搜索获得的较少实测激光超声信号中还原出整个待测范围内的信号。进一步,搭建了内部缺陷的激光超声扫描检测装置,使用脉冲激光实现超声的激光激发,多普勒测振仪实现超声的非接触探测,通过固定激发探测距离移动样品的方式实现了基于二分搜索和压缩感知的激光超声内部缺陷快速检测。文中提出的技术不但具有非接触、高灵敏度和高空间分辨率等激光超声的特点,还能提高检测效率。实验结果表明,在120 mm×30 mm×8 mm的铝板上确定缺陷位置需6 min,相比于逐点扫查需要14 min,缩短了体内缺陷定位所需要时间。

关键词：激光超声二分搜索压缩感知体内缺陷快速定位无损检测

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基于二分搜索和压缩感知的激光超声内部缺陷快速检测机理及技术研究

基于二分搜索和压缩感知的激光超声内部缺陷快速检测机理及技术研...

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作者：孙强南京理工大学

学位级别：硕士

在激光超声无损检测中,时间飞行散射法、合成孔径聚焦等方法虽可检测待测样品内部缺陷,但由于待测样品内缺陷位置未知,在进行缺陷定位过程中需要进行大面积扫描,导致空间扫查点数量庞大,检测耗时严重。为了解决上述耗时严重问题,本文提... 详细信息

在激光超声无损检测中,时间飞行散射法、合成孔径聚焦等方法虽可检测待测样品内部缺陷,但由于待测样品内缺陷位置未知,在进行缺陷定位过程中需要进行大面积扫描,导致空间扫查点数量庞大,检测耗时严重。为了解决上述耗时严重问题,本文提出激光超声无损检测技术与二分搜索和压缩感知方法结合。该方法通过二分搜索方法选择稀疏采样点,并利用压缩感知方法带来的信号稀疏特性,提取体内横穿孔缺陷反射信号到达时间,以达到体内缺陷定位加速的目的。首先,针对目标信号提取问题,介绍并研究了相关系数法和特征提取方法原理。而后根据对不同位置缺陷的实测超声信号在两种方法下的结果分析,解决了表面和体内横穿孔缺陷特征提取问题。针对超声信号压缩问题,研究了二分搜索算法原理和压缩感知算法原理。基于上述研究,提出了基于二分搜索和压缩感知的缺陷定位加速技术。由于本文压缩感知方法使用的基为小波基,为了准确的输出体内横穿孔缺陷横波反射信号的到达时间,对小波基的选取进行了研究和分析,解决了特征信号识别误差问题。然后,针对一维情况下的体内横穿孔缺陷定位问题,采用数值模拟的方式研究了体内横穿孔缺陷的定位加速算法以及解决了体内横穿孔缺陷定位加速问题。并对激发探测方式进行了研究,选择适合本文的激发探测方式。针对缺陷定位加速问题,利用二分搜索方法和压缩感知方法解决了体内横穿孔缺陷的横向定位加速问题,再通过基于以上加速技术的时间飞行散射法求解出体内横穿孔缺陷的深度信息。定位结果表明,横向位置与实际位置偏移为6%,横向位置与实际位置偏移为8%。最后,针对不同位置的体内横穿孔缺陷定位问题,采用实验的方式实现了体内横穿孔缺陷定位加速问题。搭建了内部缺陷的激光超声扫描检测装置,使用脉冲激光实现超声的激光激发,多普勒测振仪实现超声的非接触探测,通过固定激发探测距离移动样品的方式实现了基于二分搜索和压缩感知的激光超声内部缺陷快速检测。针对特征信号提取问题,使用压缩感知方法,将实测超声信号中体内横穿孔缺陷横波反射信号的到达时间输出,使用和模拟相同的处理方法,解决了体内横穿孔缺陷的横向和深度位置定位问题。实验结果表明,相比于相同实验前提下的逐点扫查,本文提出定位加速技术缩短了体内横穿孔缺陷定位所需要时间。定位结果表明,横向位置与实际位置偏移为1.6%,横向位置与实际位置偏移为3%。本文在传统二分搜索和压缩感知算法的基础上提出了适用于激光超声线源激发的压缩感知算法。实验中,使用线源是为了规避相同能量下点源激发可能造成的样品损坏。该算法缺陷检测效率高、对实验设备、实验环境要求较低,可为加速体内横穿孔缺陷定位提供了新的思路。

关键词：激光超声二分搜索压缩感知体内缺陷快速定位无损检测

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