基于遗传算法的超声散斑测量技术

《基于遗传算法的超声散斑测量技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号学号D200877268学校代码10487密级博士学位论文基于遗传算法的超声散斑测量技术学位申请人：罗志华学科专业：固体力学指导教师：朱鸿茂教授答辩日期：2013年6月万方数据万方数据ADissertationSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofEngineeringTheStudyofUltrasonicSpeckleMeasurementTechniqueBasedonGeneticAlgorithmsPh.D.Candida

2、te:LuoZhihuaMajor:SolidMechanicsSupervisor:Prof.ZhuHongmaoHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJune,2013万方数据万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果

3、由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密√。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据万方数据华中科技大学博士学位论文摘要当超声波入射至粗

4、糙界面时，其背向散射波会在空间中互相干涉叠加形成振幅和相位随机分布的超声散斑。超声波的穿透性使其可以在气体、液体和固体中传播，因而超声散斑可以在任意两个不同介质间的界面或介质空间中形成。超声散斑会随着反射界面的运动而运动，可以作为信息载体计算该界面的位移和变形。本文研究的超声散斑测量技术，它利用超声波的穿透性，既可以测量物体外表面的变形，也可以用于物体内部界面的受力和变形分析，它是一种非接触、无损、无污染的在线测量方法，具有广阔的应用前景。本文从理论上分析了超声散斑的特性和相关算法在超声散斑测量技术中的作用，并进行了测量验证。测量时，

5、分别采集被测界面在变形前和变形后的超声散斑场后，将这两个散斑场进行相关运算，根据相关系数最大值的位置可以计算得到被测界面的位移。其中如何快速且准确地找到相关系数曲面上最大值的位置，是超声散斑测量算法的关键问题。由于超声散斑场的相关系数曲面存在大量次峰，它们的峰值与主峰峰值接近，容易造成测量误差。在常用的相关搜索法中，粗-细插值法可以保证搜索的准确性但计算量较大，爬山搜索法和Newton-Raphson迭代法可减少计算但是需要合适的初值。为克服上述方法中的不足，本文提出将遗传算法用于相关搜索中。遗传算法在超声散斑场的全局范围随机选取初值

6、，以种群为单位模拟生物进化论在迭代过程中寻找相关系数最大值的位置，同时为了确保搜索效率，本文又引入自适应机制，加强了遗传算法的全局搜索能力和局部搜索能力。本文进一步从实验上验证了遗传算法用于相关搜索的优势和可行性。在自建的超声散斑测量实验系统中，对水下试件内层界面进行二维位移测量，并分别用粗-细插值法、爬山搜索法、Newton-Raphson迭代法、标准遗传算法和自适应遗传算法进行数据处理，计算结果表明粗-细插值法和自适应遗传算法的精度最高，且自适应遗传算法的计算效率最高。水下试件内层界面的均匀变形二维测量实验表明，实数编码的自适应遗

7、传算法比二进制编码方法更实用。将水下试件内层界面非均匀应变的测量值，与实数编码自适应遗传算法以及ANSYS仿真计算相比较，结果证实了超声I万方数据华中科技大学博士学位论文散斑测量技术应用于水下物界面变形测量的可行性。本文还分析了超声散斑测量技术的误差。实验表明因切向加载时试件产生的法向变形，以及试件变形后表面粗糙度的改变，均会影响超声散斑场的相关性，这是导致测量误差的主要原因。此外，算法中子区间位移模式的假设、亚像素重建以及子区间的大小的选择，都会影响测量精度。而根据误差的设定要求，可以确定超声散斑测量技术的测量范围。关键词：超声散斑

8、；相关算法；遗传算法；位移测量；应变测量；II万方数据华中科技大学博士学位论文AbstractWhentheroughsurfaceofanobjectisinsonifiedbyultrasound,ultrasoni