丁羥襯層固化狀態(tài)非線性超聲監(jiān)測(cè)方法研究.pdf

1、丁羥襯層作為固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室內(nèi)粘接殼體（或絕熱層）和推進(jìn)劑的彈性材料，起保護(hù)發(fā)動(dòng)機(jī)的重要作用。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)丁羥襯層的固化過程，判定襯層“半固化狀態(tài)”，指導(dǎo)固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥時(shí)間對(duì)于提高固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量具有重要意義。本文研究丁羥襯層固化過程非線性超聲波實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)，提出了基于脈沖反射法的非線性超聲監(jiān)測(cè)方案，設(shè)計(jì)了適用于中溫環(huán)境、可以激發(fā)高能量非線性諧波、獲得高能量超聲回波的超聲波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，研究了利用非線性超聲特征參數(shù)表征丁羥襯層固化狀態(tài)

2、的方法和相關(guān)信號(hào)處理技術(shù)。
　　本文的主要研究?jī)?nèi)容包括：
　?。?）具體介紹了丁羥襯層的固化反應(yīng)機(jī)理和固化工藝，通過研究非線性波動(dòng)方程，分析了非線性系數(shù)的物理意義和相關(guān)參數(shù)，提出了采用非線性系數(shù)表征丁羥襯層不同固化狀態(tài)的非線性超聲監(jiān)測(cè)方法，為非線性超聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。
　?。?）針對(duì)固化溫度對(duì)普通超聲探頭的影響，設(shè)計(jì)了基于緩沖桿結(jié)構(gòu)的適用于丁羥襯層中溫固化環(huán)境實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的超聲波傳感器。針對(duì)緩沖桿超聲回波包含

3、尾隨波影響特征信號(hào)提取的問題，采用波導(dǎo)理論分析了超聲波在桿中傳播時(shí)的邊界反射、波型轉(zhuǎn)換等現(xiàn)象，推導(dǎo)了尾隨信號(hào)的間隔與桿直徑和聲速的數(shù)學(xué)關(guān)系，并通過試驗(yàn)分析了桿規(guī)格、材料對(duì)特征回波信號(hào)、尾隨波的影響，結(jié)果表明大直徑的PEEK材料不僅尾隨波幅值較小、間隔較大，而且特征回波信號(hào)幅值較大；利用有限差分法對(duì)PEEK緩沖桿內(nèi)熱傳導(dǎo)過程進(jìn)行仿真計(jì)算，得出了滿足丁羥襯層80℃固化溫度的PEEK緩沖桿長(zhǎng)度。
　?。?）通過理論和試驗(yàn)分析了影響非線性

4、諧波幅值的相關(guān)參數(shù)，得出了只有激勵(lì)脈沖幅度、寬度增大到一定程度，才能在襯層中激勵(lì)明顯的非線性諧波信號(hào)，而且脈沖幅度越大，脈沖越寬，非線性諧波幅值越大；同時(shí)計(jì)算和試驗(yàn)研究了避免超聲回波時(shí)域信號(hào)混疊的最佳激勵(lì)脈沖寬度，解決了如何激發(fā)材料高能量非線性諧波信號(hào)問題，為獲取高能量諧波幅值準(zhǔn)確表征非線性系數(shù)奠定了基礎(chǔ)。
　?。?）根據(jù)非線性超聲回波信號(hào)包含噪聲影響聲學(xué)特征信號(hào)提取的特點(diǎn)，建立了包含諧波和白噪聲的非線性超聲回波信號(hào)模型，從信號(hào)信

5、噪比和諧波幅值誤差兩個(gè)方面研究了不同母小波、閾值函數(shù)、閾值選取方式對(duì)小波閾值降噪效果的影響，并通過優(yōu)化閾值選取方式和改進(jìn)閾值函數(shù)，大大提高了信噪比、減小了諧波幅值誤差，解決了在有效保留非線性諧波信號(hào)的情況下達(dá)到良好降噪效果的難題，探索了非線性超聲回波信號(hào)降噪方法。
　?。?）針對(duì)常用窗函數(shù)非周期截?cái)嗵崛》蔷€性超聲回波中基波、諧波特征信號(hào)時(shí)頻譜泄露嚴(yán)重和特征提取誤差較大的問題，通過分析不同窗函數(shù)非周期截?cái)鄬?duì)非線性超聲回波頻譜分析的影

6、響，采用卷積漢寧窗函數(shù)方法進(jìn)行非周期截?cái)囝l譜分析，同時(shí)結(jié)合雙峰譜線插值算法對(duì)基波和諧波幅值進(jìn)行修正，達(dá)到了減小頻譜泄露、準(zhǔn)確提取基波和諧波幅值的目的。
　　（6）根據(jù)基于脈沖反射法的非線性聲學(xué)原理，針對(duì)丁羥襯層非線性系數(shù)受緩沖桿非線性及界面反射、透射系數(shù)不斷變化影響的問題，推導(dǎo)了緩沖桿和丁羥襯層的非線性基波、諧波幅值方程，提出了包含緩沖桿非線性的襯層非線性系數(shù)表征方法，去除了緩沖桿非線性特性的影響；并設(shè)計(jì)研制了丁羥襯層固化過程非線