基于全向性sh波电磁声传感器阵列的板中缺陷成像技术研究

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1、中文图书分类号：TB55密级：公开UDC：620学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：基于全向性SH波电磁声传感器阵列的板中缺陷成像技术研究论文作者：钟栩文学科：仪器科学与技术指导教师：刘增华教授论文提交日期：2017年4月UDC：620学校代码：10005中文图书分类号：TB55学号：S201401127密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：基于全向性SH波电磁声传感器阵列的板中缺陷成像技术研究英文题目：RESEARCHONDAMAGEIMAGINGTECHNIQUEINPLATESB

2、ASEDONOM-NIDIRECTIONALSHWAVESELECTRO-MAGNETICACOUSTICTRANSDUCERARRAY论文作者：钟栩文学科专业：仪器科学与技术研究方向：现代测控技术及方法申请学位：工学硕士指导教师：刘增华教授所在单位：机械工程与应用电子技术学院答辩日期：2017年5月授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构

3、的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：钟栩文日期：2017年6月15日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：钟栩文日期：2017年6月15日导师签名：刘增华日期：2017年6月15日摘要摘要板材广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶交通等领域，具有强大的工业应

4、用背景。板材在生产、运输、使用过程中，结构易产生缺陷，影响板材的使用并造成安全隐患。在不破坏板材的前提下，可运用电磁超声导波检测技术对其进行检测，避免结构在服役过程中由于缺陷的扩展，导致经济损失和人员伤亡。磁致伸缩片式传感器（Magnetostrictivepatchtransducer,MPT）作为一种新型电磁声传感器（Electromageticacoustictransducer,EMAT），其发展扩宽了EMAT的应用范围。传感器阵列成像技术为缺陷可视化奠定了基础，通过成像能够更为直观、清晰地显示缺陷的相关信息。将MPT阵列与成像

5、技术结合可用于板材缺陷检测和结构健康监测。以工程中应用广泛的铝板和复合材料板作为研究对象，运用能在板中产生全向性SH0模态的双匝OSH-MPT（OmnidirectionalShear-horizontalMagnetostrictivePatchTransducer）布置成传感器阵列，结合不同成像算法，实现板中缺陷成像。具体研究工作如下：(1)基于两种换能机理的电磁声传感器研制。一种是基于磁致伸缩换能机理的双匝OSH-MPT，可粘接在铝板上或复合材料板上产生最低阶SH波，即SH0模态；另一种是基于洛伦兹力换能机理的OSH-EMAT，该

6、传感器可移动到指定位置，在铝板上产生全向性SH0模态时而无需采用耦合剂。通过实验对双匝OSH-MPT和OSH-EMAT的相关结构参数进行了优化，测试了SH0模态的激励和接收、传感器的频率特性以及全向性。(2)基于RAPID的双匝OSH-MPT阵列板中缺陷成像技术研究。损伤概率重构算法（ReconstructionAlgorithmfortheProbabilisticInspectionofDamage,RAPID）是一种运用超声导波直达波中缺陷信息进行成像的算法。双匝OSH-MPT阵列结合RAPID和不同数据融合方法，对复合材料板进行

7、缺陷成像。同时分析了算法中成像系数、差异系数和阵列概率值分布不均现象对成像的影响，对RAPID进行了改进。根据ROC（ReceiverOperatingCharacteristic）曲线设置RAPID成像阈值，提高了成像对比度。(3)基于椭圆算法的双匝OSH-MPT阵列板中缺陷成像技术研究。椭圆算法是一种根据缺陷散射波包进行成像的算法。通过检测铝板中不同尺寸、不同位置的模拟缺陷，探究了双匝OSH-MPT阵列检测能力，并通过确定检测通用阈值，提高了缺陷成像质量。在此基础上，考虑复合材料板各向异性的特点，改进了椭圆算法，实现了复合材料板的双

8、匝OSH-MPT阵列缺陷成像。-I-北京工业大学工学硕士学位论文关键词：板；超声导波；电磁声传感器；SH波；缺陷成像-II-AbstractAbstractPlateshaveastrongindustri