针对金属中微小缺陷在超声检测时回波信号较弱, 利用时域回波信号对微小缺陷试块进行C扫描成像时图像噪声较大且信噪比较低的问题, 借鉴医学超声影像领域中的背散射积分诊断技术, 提出了一种通过计算缺陷回波信号的功率谱(PSD)和频域背散射积分(IBS)来表征微小缺陷的方法。在使用IBS对试块进行成像后发现成像的信噪比较时域成像有显著的提高, 但图像出现了明显的网格化。对此提出了使用频域背散射补偿积分(IBSC)和频域背散射全宽带积分(IBSF)成像的两种改进降噪方法。实验结果表明, 这两种改进的成像方法均能在保持成像具有较高信噪比的条件下抑制图像的网格化, 但IBSC的计算量远小于IBSF, 更适用于金属中微小缺陷的成像检测。

为了识别厚截面碳纤维复合材料(CFRP) 远表面的微缺陷, 使用递归分析方法对超声检测信号进行分析。首先在厚截面CFRP材料上打孔以模拟微缺陷, 采用水浸超声脉冲反射法对不同大小的模拟缺陷进行检测。然后选取缺陷位置附近信号段, 确定嵌入维数m、延迟时间τ、阈值ε等参数, 对各信号段进行递归分析, 得到递归图及递归定量分析结果。比较无缺陷信号和有缺陷信号的递归图, 从宏观上定性确定微缺陷对超声信号的影响; 比较无缺陷信号和有缺陷信号的递归定量分析结果, 根据每个递归定量参数的物理意义, 对缺陷产生的影响作出合理的解释。最后, 使用不同中心频率探头进行实验, 确定合适的探头参数。分析结果表明, 使用7.5 MHz高分辨率超声探头时检测效果最好; 当嵌入维数为7、延迟时间为2、阈值为2时, 递归图中出现异常白色区域、递归点增多且对角线结构变长, 同时所选取的递归定量参数随缺陷增大而上升, 表明厚截面CFRP远表面超声信号可能存在混沌结构, 而微缺陷的存在会改变原有信号结构。所研究内容为实际微缺陷的定量识别及分类打下基础。

采用纳秒激光对铜块进行了激光冲击强化，用光学显微镜、三维形貌仪等测量了激光冲击强化后的表面形貌和变形深度，用非接触光学轮廓仪测量了表面粗糙度，重点分析了铝箔胶带作吸收层时凹坑表面微缺陷的来源，对不同粗糙度表面的试样进行了激光冲击强化。实验结果表明，黑漆作吸收层时表面变化特征主要为宏观凹坑和冲击区域出现微凹凸结构；铝箔胶带作吸收层时表面变化特征主要为宏观凹坑和冲击区域出现微缺陷。最后，通过实验研究分析了微缺陷的形成，发现其与铝箔胶带背面黏胶内气泡有关。当原始粗糙度较大时，激光冲击会使整体粗糙度增加，单降低最大高度粗糙度；原始表面光洁度较高时，激光冲击反而会使得整体粗糙度和最大高度粗糙度都有所增加。

本文应用阵列微压痕标记技术完成了薄膜表面微孔洞缺陷邻域变形检测.检测中通过应用纳米压痕和微区域放电技术,制作微标记阵列和微孔洞缺陷,并在数字化显微系统下完成微区域点阵变形检测,进而实现微区域小变形测量.研究了微标记点的信息提取与表征方法,讨论了微标记法在薄膜材料性能检测中的可行性及其检测性能.