超声散斑相关法测量新技术研究

论文摘要

相干波入射到介质粗糙界面时,其折射波和背向散射波都会在空间相互干涉,形成振幅和相位随机分布的散斑场。散斑从一方面来讲是一种噪声,它会影响波的成像质量、引起信号失真等,但是另一方面来看它却是一类反映事物性质及其变化规律的信息载体。超声散射与激光、微波、应力波散射具有相似之处,对超声散射场的特性进行研究不仅有助于探索各种物质波散射场的共同特性,而且通过对超声散射场的基本特性的认识有助于创建性能优越的超声散斑干涉计量术,它将比激光散斑干涉计量的应用更为广泛和深入。本文在国家自然科学基金项目（No.10074017）和华中科技大学优秀博士学位论文基金资助项目（No.2004-21）的资助下,对粗糙界面反射超声散斑场的一阶和二阶统计特性及其运动规律以及超声散斑相关法测量物体的面内位移和离面位移进行了理论研究和实验分析验证。在对超声散斑场的理论分析中,不考虑超声色散和衰减的影响,而将超声散射波系统视为一个线性系统,运用Kirchhoff衍射和随机信号统计理论推导出粗糙界面反射空间中超声散斑的振幅和相位的概率密度函数、超声散斑场的横向和纵向自相关长度、超声散斑空间运动与超声入射和接收方向以及界面位移的关系。在将数字散斑相关法（DSCM）的基本原理应用到超声检测的研究中,理论分析和实验研究证实了超声散斑的运动规律结合数字散斑相关方法来测量物体的面内位移和离面位移的可行性,并通过实验的方法求出了超声散斑相关法测量物体转动时的最大转角。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外激光散斑干涉测量与激光散斑相关法测量概述
• 1.3 研究意义
• 1.4 本文的主要工作
• 2 研究基础
• 2.1 超声学基础
• 2.2 光学统计特性
• 2.3 随机过程与随机信号相关分析
• 2.4 本章小结
• 3 实验系统
• 3.1 实验系统基本装置组成
• 3.2 实验方法
• 3.3 步进电机控制系统
• 3.4 散斑信号的采集与预处理
• 3.5 本章小结
• 4 超声散斑场统计特性
• 4.1 界面反射超声散斑的一阶统计特性
• 4.2 界面反射超声散斑二阶统计特性
• 4.3 本章小结
• 5 界面上反射超声散斑空间运动规律
• 5.1 理论分析
• 5.2 实验
• 5.3 本章小结
• 6 超声散斑相关法测量刚体位移
• 6.1 散斑相关法的基本原理与数学模型
• 6.2 刚体平动位移测量
• 6.3 平面转角测量
• 6.4 误差分析
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录