桿中超聲波傳播特性及降噪方法研究.pdf

1、擠出機(jī)是聚合物加工領(lǐng)域的重要設(shè)備之一。聚合物在擠出機(jī)中不同部位的混合狀態(tài)與最終產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)，但目前用于聚合物混合狀態(tài)檢測的方法均是離線的，無法實(shí)現(xiàn)信息的時(shí)實(shí)反饋。 超聲技術(shù)可用于聚合物混合狀態(tài)的在線檢測，但由于聚合物共混過程中，熔融態(tài)聚合物的溫度很高，而超聲探頭只能在常溫下工作，因此需在超聲探頭與高溫聚合物之間耦合一個(gè)溫度緩沖桿。超聲波在緩沖桿中傳播時(shí)會產(chǎn)生尾隨脈沖，嚴(yán)重影響特征信號的提取。為此，本文研究超聲波在桿中的傳播

2、特性、尾隨脈沖的產(chǎn)生原因及抑制方法，為聚合物混合狀態(tài)超聲檢測傳感器的研制提供優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 本文的主要研究內(nèi)容和取得的成果有： 首先，基于Pochhammer-Chree理論，采用頻域輸入-輸出法，通過將超聲波傳播過程抽象為系統(tǒng)信號的傳遞過程，建立了超聲波在等直徑圓柱桿中傳播的解析模型，實(shí)現(xiàn)了采樣信號的解析法仿真，仿真結(jié)果與實(shí)際采樣信號相吻合；通過對等直徑圓柱桿中獨(dú)立傳播模態(tài)的計(jì)算可知，時(shí)域信號的能量分布主要集中在六個(gè)模

3、態(tài)中，采用模態(tài)疊加法可以得出：尾隨脈沖的產(chǎn)生是所有獨(dú)立傳播模態(tài)共同作用的結(jié)果。 其次，針對超聲波在溫度緩沖桿中的傳播過程進(jìn)行了有限單元法建模，通過將所有時(shí)間步長內(nèi)全部單元結(jié)點(diǎn)的位移成像為灰度圖像，實(shí)現(xiàn)了超聲波傳播過程的可視化；通過對等直徑、單錐形、雙錐形結(jié)構(gòu)的溫度緩沖桿的信噪比進(jìn)行計(jì)算和分析，并結(jié)合超聲波瞬時(shí)波動圖的觀察可以得出：變直徑溫度緩沖桿具有良好的抑制尾隨脈沖的效果，其中超聲激勵(lì)加載于單錐形結(jié)構(gòu)的較小端時(shí)信噪比最高。