《特殊條件下的超聲散斑測量新方法》是依託華中科技大學，由朱鴻茂擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：特殊條件下的超聲散斑測量新方法
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱鴻茂
- 依託單位：華中科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
界面反向散射超聲散斑包含了散射界面變形的信息。超聲散斑存在於氣體、液體和固體中，其特性受環境影響較小。本項目提出的特殊條件下的超聲散斑測量新方法的研究，旨在實現在塵、霧和液下等特殊環境中，對不透明實物內層界面的位移以及振動體頻率、振幅和相位進行非接觸式測量。這類測量需求廣泛存在於國民經濟建設和科學研究中，而現有實驗力學方法目前還難以解決，因此新方法擁有廣闊的套用前景。.本項目將進行在特殊條件下套用超聲散斑對固體變形和振動測量的基礎研究；建立超聲散斑測量新理論；建立實驗室條件下的超聲散斑測量系統；根據散斑相關性和相干性原理，實施在大位移(位移大於散斑平均直徑)情況下和小位移（位移小於散斑平均直徑）情況下，對水下物體內層界面面內位移和離面位移的實測；套用頻閃和相移技術，實施對水下物體振動頻率、離面振幅和相位的實測。根據超音波波列性質，所實施的超音波數字干涉、數字相移和頻移，在技術上是個創新。
結題摘要
超聲散斑在許多情況下被視為噪聲，但它分布特性和運動包含了散射界面的物理特性和運動狀態的信息。超聲散斑的研究和套用在醫學影像領域中的套用有大量的報導，但超聲散斑在工業領域中研究和套用報導很少，對此雷射散斑卻有著很廣泛的研究和套用。相比雷射散斑，超聲散斑在液下受水流、溫度影響小，特別是它還存在於固體內部並能被檢測，基於這些特點，超聲散斑測量技術有其特殊的套用前景。 本項目研究目的是創建實驗室條件下的超聲散斑水下測量系統，建立和完善相關的超聲散斑測量理論和技術，實測水下固體內、外層界面的變形和振動。 研究內容包括在大位移和小位移情況下，分別用超聲數字散斑相關法和相移法對水下物體內、外層界面的變形進行測量的研究；套用頻閃和時移技術對水下穩態振動物體的頻率、振幅和相位進行測量的研究。 至今，研究取得了如下成果。首先，成功組建了水下物體位移、應變和振動測量的超聲散斑實驗系統。其次，採用步進掃描,聚焦採集水下試件內、外界面的超聲散斑信號，再取它們的振幅譜值組成矩陣元素並進行相關運算，這組成了超聲散斑相關法測量新技術的基礎。經插值和擬合後內層界面離面和面內位移測量解析度可達0.01mm，最大誤差為5.7%，對外層界面應變測量的解析度可達0.001ε，最大誤差為6.7%。針對相關法測量中的突出問題，本研究創新性地對信號採用多譜值取值，輔以多次相關運算，有效避免了相關係數主峰的誤判；所採用的自適應遺傳算法可減少測量誤差、提高運算速度並適用於全場變形測量。再則，在對小位移測量的研究中，物面散斑信號與同步發生的參考信號在微機內進行數字干涉以及參考信號的數字相移，這組成了超聲散斑相移法測量新技術的基礎，其位移測量解析度也是0.01mm，當位移小於二分之一散斑尺寸時位移測量誤差小於8%。此外，對試件外層粗糙界面對內層變形測量影響的研究表明，一般工程條件下的外層界面應變對相關法內層變形測量的影響較小，而對相移法內層變形測量的影響較大，但經粗、細打磨，外層界面的粗糙度係數Ra達到5微米的量級時，超聲散斑相移法就能較好適用。最後，對觸發脈衝的頻閃頻率和延時的調控以及對散斑信號駐留的自動判斷，這組成了超聲散斑水下穩態振動逐點掃描、非接觸測量新技術的基礎，其實測頻率、振幅和相位的最大誤差分別為0.51%，4.4%和1.7度。這種振動測量方法為工程實驗模態分析提供了一個有效手段。
