超声波检测在木材内部缺陷检测中的应用.docVIP

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文 PAGE 66 - - 超声波技术及其应用报告 题目：超声波检测在木材缺陷检测中的应用 硕士研究生： 刘申 学 号： 12S108012 学科： 机电控制 报 告 日 期： 2013年 5 月31 超声波技术及其应用报告 PAGE I PAGE I 摘 要 超声波是具有很高频率的机械波，其能量要远大于一般意义上的声波。随着超声波频率的增大，其粒子性逐渐增强。超声波具有方向性好、能量高、穿透能力强，并且表象出类似光波的折射和反射特性。利用这些优点，超声波被广泛应用于物体尺寸测量、内部缺陷检测以及组织结构的辨别，在材料无损检测、工件探伤和医疗上都有很广泛的应用。 表面完好的木材，其内部可能存在多种缺陷，如：孔洞、节子、裂缝、腐朽、腐变等。这种存在缺陷的树木很容易被风刮倒砸到居民屋顶造成人员和财产损失；同时很多历史建筑所使用的木质结构可能被虫子危害，及时发现这些有问题的木质结构就可以避免不必要的损失。由此可见这些缺陷不仅对木材的质量产生很大影响，对人们的自身安全也有很大威胁。 利用超声波进行木材结构的检测，不需要非常复杂的设备，成本低，只需对木材进行简单操作即可。木材是各项异性材料，其横向和纵向的物理性质有很大不同。而且木质细胞结构是大分子结构，沿生长方向成长条形。因此超声波在木材中的传播情况与在金属、复合材料中的情况有很大差别。 当木材中存在缺陷（比如孔洞）时，超声波会在缺陷区域界面上反射并绕行，增大了超声波的行程。超声波在木材中的衰减速度很快，因此缺陷的存在会引起接受超声波的各种参数的变化如：幅值、频率等。利用这些变化，我们可以判断出木材中孔洞存在的位置和空洞的大小。 关键词：超声波检测；木材缺陷；孔洞；木质结构； 目录 TOC \o 1-3 \u 摘 要 I 目录 II 1.1 超声波检测 1 1.1.1 超声波概述 1 1.1.2 超声波检测 1 1.2 木材检测概述 2 1.2.1 木材检测的背景 2 1.2.2 木材无损检测的方法 2 1.3 国内外情况分析 3 1.3.1 国外情况 3 1.3.2 国内情况 4 1.4 超声波检测木材缺陷的原理 4 1.4.1 超声波检测的原理 4 1.4.2 超声波检测木材缺陷的基本原理 5 1.5 超声波检测系统与试件制备 5 1.6 检测过程 7 1.6.1 对试样的划分 7 1.6.2 传播曲线的绘制 7 1.6.3 空洞缺陷大小对原木横截面内超声波传播场的影响 9 1.7 基于超声波传播场的原木横截面二维缺陷辨识图 11 结论 13 参考文献 14 PAGE I PAGE I 超声波检测 超声波概述 超声波是指超声波是频率高于20千赫兹的声波，它是由机械振动源在弹性介质中激发的一种机械振动波，其实质是以应力波的形式传递振动能量。超声波的波长很短，因此超声波的粒子性比一般声波明显的多。它能像光波一样沿一定的方向进行传播，对于大多数介质具有很强的穿透能力，比如在一些金属材料中，其穿透能力可达数米。由于超声波的工作频率远高于一般声波，超声波具有远大于声波的能量。超声波在两种不同介质中传播时，能像光波一样在界面发生反射、折射和波型转换。利用超声波在介质中传播时这些物理现象，经过巧妙的设计，使超声检测工作的灵活性、精确度得以大幅度提高。 超声波在液体介质中传播时，达到一定程度的声功率就可在液体中的物体界面上产生强烈的冲击产生“空化现象”从而引出了“功率超声应用技术”例如“超声波清洗”、“超声波钻孔”、“超声波去毛刺”（统称“超声波加工”）等。利用强功率超声波的振动作用，还可用于例如塑料等材料的“超声波焊接”。 超声波检测 利用超声波在物体中的多种传播特性：例如反射与折射、衍射与散射、衰减、谐振以及声速等的变化，可以测知许多物体的尺寸、表面与内部缺陷、组织变化等等，因此是应用最广泛的一种重要的无损检测技术。例如用于医疗上的超声诊断（如B超）、海洋学中的声纳、鱼群探测、海底形貌探测、海洋测深、地质构造探测、工业材料及制品上的缺陷探测、硬度测量、测厚、显微组织评价、混凝土构件检测、陶瓷土坯的湿度测定、气体介质特性分析、密度测定等。 超声检测设备和器材包括：超声波检测仪、探头、试块、 耦合剂和机械扫查装置等。超声检测仪和探头对超声检测系统的性能起着关键性的作用，是产生超声波并对经材料中传播后的超声波信号进行接收、处理、显示的部分。耦合剂就是为了改善探头和试件间声能的传递而加在探头和检测面之间的液体薄层。耦合剂可以填充探头与试件间的空气间隙，使超声波能够传入试件。试块用于对检测系统进行校准，以保证检测结果的准确性与重复性、可比性。由这些设备组成一个综合的