无损检测技术论文提纲

论文题目：基于毫米波干涉技术的无损检测系统

摘要：毫米波对边界条件以及介质材料的电磁特性非常敏感,而且毫米波可以实现非接触测量,对于一些低损耗非金属材料也有很好的穿透性,因此可以利用毫米波来对介质材料进行无损检测。目前发展的毫米波无损检测技术主要聚焦于结合毫米波成像技术以及在数据处理中结合人工智能算法来获得材料的结构完整性。这些方法所采用的毫米波信号测试设备精度要求高,操作复杂,应用成本高,不利于大规模的应用。在此基础上,本文提出了一种高效的,简单化的,低成本的毫米波无损检测系统,在解决现有毫米波无损检测技术难以大规模应用的问题上具有一定的潜力。该无损检测系统基于毫米波在特定区间干涉的原理,利用合成效率来间接表征介质材料的电磁特性或者结构特性。本文先对毫米波在电介质中的传播特性进行了理论推导,然后对毫米波相干合成效率与输入信号的幅相一致性之间的关系进行了理论推导,并比较了合成效率对幅度差与相位差的敏感性,得出了本文所设计的无损检测系统的测试因子为相位差。基于两部分理论推导,设计了一套无损检测系统,该系统在信号采集方面做了很大简化,使得测试系统得到简化,测试效率得到提高,应用成本得到降低,可以实现大规模在线应用。对该无损检测系统进行了仿真计算,得到了样品的结构特性、电磁特性与合成效率之间的关系,并研究了影响系统测试灵敏度的因素,这有利于在实际测试中通过优化系统参数来提高测试系统的灵敏度。对仿真结果进行分析得知,该系统可以用来检测样品的常见缺陷,厚度以及介电常数等参数。该系统在Ka波段可以检测到材料的表面裂纹的最小宽度和最小深度均约为0.04λ、贯穿损伤的最小半径约为0.07λ、内部分层缺陷的最小边长约为0.2λ。在检测厚度时的分辨率约为0.01λ,在检测介电常数时的分辨率约为0.04。搭建了一套工作频率为35 GHz的测试系统,对该系统的关键性器件进行了标定测试,并且进行了误差分析,得知该系统在测试同一样品时的相对误差小于1%且稳定性较好。利用该系统对材料进行了缺陷检测,实验结果表明,该系统工作频率为在35 GHz的测试条件下至少能够检测到宽度约0.07λ的表面裂缝以及半径约为0.1λ的贯穿损伤。该实验结果与仿真结果与理论推导均证明了该方法的可行性。

关键词：毫米波;无损检测;合成效率;相位差

学科专业：工程硕士（专业学位）

摘要

abstract

主要符号表

缩略词表

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 毫米波无损检测技术发展现状

1.2.1 毫米波无损检测国外研究现状

1.2.2 毫米波无损检测国内研究现状

1.3 本文的意义

1.4 本文主要研究内容和结构安排

第二章 毫米波相关理论与系统设计

2.1 毫米波在电介质中的传播

2.2 幅相一致性与功率合成效率之间的关系

2.3 测试因子选择

2.4 无损检测系统设计

2.5 本章小结

第三章 系统仿真分析

3.1 系统数值建模分析

3.1.1 简化系统仿真建模

3.1.2 影响系统灵敏度的因素

3.2 测试材料参数与合成效率的关系

3.2.1 材料参数建模

3.2.2 缺陷参数与合成效率的关系

3.2.3 材料厚度与合成效率的关系

3.2.4 材料介电常数与合成效率的关系

3.3 本章小结

第四章 实验验证

4.1 实际测试系统搭建

4.2 系统关键器件性能标定测试

4.2.1 激励源测试

4.2.2 移相器测试

4.2.3 可变衰减器测试

4.2.4 波导检波器测试

4.3 测试样品制备

4.4 系统误差分析

4.5 缺陷检测验证实验

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献