激光导波阵列波束成形损伤成像方法

激光超声检测方法在结构损伤检测领域有着广泛应 用。增加激光信号用于损伤成像的技术难点。针对此挑战,采用提出的Morlet小波分析法提 取激光宽频信号中对应中心频率下的窄带信息。为实现损伤 的可视化,分析比较了导波阵列波束成形损伤成像算法中时间延迟叠加算法和相位延迟叠加 算法,其中相位延迟叠加成像法对频域内所有频率成分实施延迟叠加能克服导波的频散效应 得影响,能实现对损伤更精确的定位。为验证该方法的实用性,构建了激光激励/接收完全 非接触式的实验系统,通过对Morlet小波分析后的信号采用延迟叠加算法对损伤进行成像, 实验结果表明了:相位延迟叠加成像法成像效果比时间延迟成像法成像效果更佳,定位更精 确。     

基于超声导波的CFRP板结冰探测系统

针对航空复合材料的结冰探测,该文提出了基于超声导波技术的解决方案,采用转移矩阵法建立了层状结构波导模型,绘制了相速度和群速度频散曲线,分析了超声导波在碳纤维增强复合材料板中的传播特性。在此基础上,基于现场可编程逻辑门阵列设计了由信号源和接收机组成的硬件电路,结合恒温箱搭建了结冰探测系统及其实验环境。通过测量回波信号波包相对时延的方式,验证了超声导波结冰探测方案的可行性,为飞机结冰探测领域提供了新思路。     

用于超声导波检测的波形发生器设计

为了减少超声导波检测中频散特性带来的影响,提出一种用于产生窄带脉冲信号的波形发生器设计方案。波形发生器的设计基于幅度调制的思想,电路由函数发生器MAX038、乘法器AD834、模拟开关DG401等元件构成,实现汉宁窗调制单一频率信号的功能。同时,波形信号的单音频信号频率可调,汉宁窗宽度可调。电路的MULTISIM仿真验证了设计的可行性。该方案由纯硬件实现,操作方便,对超声导波检测激励源的研制有一定的参考价值。     

法兰螺栓松动的超声导波监测方法

管道在工程中应用较广,法兰螺栓是管道连接的主要方式,但螺栓连接松动导致泄漏等直接影响管道服役的可靠性,对螺栓松动进行监测是提高法兰螺栓连接可靠性的有效方法。该文提出利用透射过连接螺栓的超声导波信号均方根偏差作为拧紧指标,以进行螺栓松动监测,并开展了数值仿真和实验验证。结果表明,随着螺栓整体预紧力的下降,压电片响应信号幅值随之减小,在1个或2个螺栓松动时,与松动螺栓距离最近的压电片响应信号最敏感,对应的均方根偏差值最大;同时,随着松动螺栓数目及位置的变化,接收压电片阵列的均方根偏差值及其分布会发生相应变化。该文提出的方法可实现螺栓松动监测,并可初步判断松动螺栓的方位。     

基于信号统计特性的超声成像方法

介绍合成孔径聚焦超声成像的基本原理。为进一步提高成像分辨率和信噪比,研究超声回波信号的相关性,根据缺陷信号和噪声信号的不同统计特性,提出一种基于信号相关性分析的非线性合成孔径算法。实验结果表明:与传统的延时叠加合成孔径算法相比,新方法提高了图像的横向分辨率和信噪比。     

超声红外热波成像在CFRP板螺栓孔损伤检测的研究

螺栓连接由于可靠性高、承载能力强等优势广泛应用于复合材料连接,但螺栓孔处的应力集中作用使其易产生损伤破坏,且工程应用中很多复合材料螺栓连接件无法卸载,传统检测方法较难对螺栓孔损伤进行识别.本文使用超声红外热波检测的方法对复合材料螺栓连接件进行损伤识别,通过仿真研究复合材料螺栓孔裂纹和分层损伤的生热特征,分析了螺栓以及螺栓预紧力对螺栓孔损伤生热特征的影响,并设计实验对仿真结论进行了较好的验证.研究显示当螺栓孔损伤区域超出螺帽覆盖的范围,超声红外热波检测法能快速有效检测螺栓紧固件损伤,结合图像识别方法可以有效提取损伤信息,而且该方法对不同大小的螺栓预紧力以及螺栓与被连接件之间的摩擦生热影响有着良好的适应性.     

皮肤囊肿成像用高频超声换能器及扫描方法

高频超声成像具有几十微米级的纵向分辨率,适用于皮肤等人体组织的微结构成像。该文针对皮肤囊肿等凸形的人体组织内部微结构,提出了一种适用于凸形组织的非接触式弧形超声扫描成像方法,设计并制备了一款41.5 MHz的高频超声换能器。首先采用脉冲回波法对其性能进行系统表征,然后设计了凸形旋转扫描成像装置,并对凸形皮肤囊肿模型进行扫描、滤波、补偿等信号采集和处理,最终实现了高频超声成像。结果表明,此方法所用换能器纵向分辨率为50μm,能够对皮肤囊肿模型内部精细结构进行成像,这将促进相关临床医学和超声成像技术的发展。     

基于超声红外热成像的复合材料表面裂纹识别

针对复合材料表面裂纹识别精度低、耗时过长等问题,提出了基于超声红外热成像的复合材料表面裂纹识别方法。利用数值分析模拟超声作用下复合材料损伤位置的摩擦生热和热传导过程,分析了温度分布与尺寸对识别结果的影响,根据分析结果建立裂纹图像的初始特征,通过映射互关联将特征转换到目标特征信息空间,完成特征信息的解耦映射,提取表面裂纹数据,根据数据得到裂纹的轮廓信息,运用贴合度计算裂纹的宽度和面积,完成裂纹的三维重构,实现复合材料表面裂纹的精准识别。结果表明,本文方法可提升裂纹识别的准确率最高达85%,识别时间短,能够在短时间内获取可靠的识别结果。     

超声导波焊缝检测中阵列式传感器的信号融合方式研究

针对超声导波焊缝检测中阵列式传感器信号融合的问题,文中根据特征导波在焊缝结构中的传播原理,提出了分时激励的方法对阵列中不同激励单元激励出的信号进行叠加。通过ABAQUS有限元分析软件仿真了不同数量激励晶片组成的传感器阵列直接激励出的检测信号和使用分时激励后激励出的检测信号,并发现多个激励晶片会导致检测信号产生波形杂乱和不规则等现象;而分时激励的方法则减少了信号混杂的情况,且检测信号的能量可以随着激励晶片数量的增加而稳定增加,信号叠加效果更加理想。     

复合层合梁层裂损伤与超声导波的相互作用研究

基于谱有限元法(SFEM),建立了压电晶片驱动/传感与各向异性层状复合梁耦合的谱有限元模型,数值模拟研究了耦合系统超声导波的激发、传播特征,并分析了导波与损伤的相互作用。模型中复合梁采用铁木辛柯梁理论、压电晶片层采用欧拉伯努利梁理论,利用哈密顿原理得到梁/压电晶片的时域耦合运动控制方程和边界条件,通过快速傅里叶变换将耦合运动控制方程转换至频域可导出谱有限元模型。与有限元分析结果比较表明,所建模型可精确模拟复合梁中导波的传播且计算效率高。进而分析了导波和层裂损伤的相互作用,结果表明导波在缺陷处会产生反射,且反射信号到达压电传感器的时间和幅值与缺陷的位置及长度有关。     

基于关联维数的超声Lamb波损伤成像

研究了混沌分形理论的一种特征参数——关联维数的定义计算及参数选择。提出了一种基于关联维数的板状复合材料超声兰姆(Lamb)波损伤检测方法。通过计算采集健康与无损信号的关联维数,对比其数据差异,作为一种损伤指标,用于概率成像算法的损伤位置定位成像。利用有限元分析进行模拟实验研究,结果表明,提出的算法能准确对复合材料脱层缺陷进行定位成像。     

超声导波技术用于飞机结冰探测的实验研究

能有效地探测到由云层中的过冷水滴引起的飞机结冰是飞机安全飞行的必要保障。该文以超声导波和结构健康技术在3种传感器布局方式下,对所监控区域的结冰情况进行图像重构。实验结果表明,在圆形布局下结冰图像重构质量较好;在平行布局下,也能在平行线中心附近较好地反映结冰情况;在机翼布局下,能检测到结冰存在,并且能大致反映结冰程度最严重的区域。该文还利用了S0模态截断思想,能减小水或其他液体对重构图像质量的影响。     

Lamb波单一模态损伤散射波场的提取与成像研究

在频散关系未知的前提下,基于自参考波数区间的滤波方法可显著区分Lamb波的不同模态,并获取单一模态损伤散射波场,对板状结构损伤检测具有较高的实用价值。文中根据Lamb波不同模态在同一频率下波数值的差异,以及沿不同方向传播的波与三维傅立叶变换后系数矩阵的对应关系,在MATLAB中设计出相应的弧形滤波窗,对采集的时空波场数据进行滤波处理。利用延时叠加成像算法,采用矩形阵列成像数据对铝板中通孔损伤进行成像。仿真和实验结果表明,基于自参考波数区间的滤波方法有效提取了双损伤的微弱散射波场,结合延时叠加成像算法更好地定位了损伤散射点的位置。阵元数目增加可改善成像精度,实现了对损伤的精确定位。     

基于Lamb波和典型相关分析的复合材料结构损伤监测

为了监测复合材料尾翼结构在受载条件下的健康状况变化,该文提出了一种基于超声导波和典型相关分析的结构健康监测方法。首先,将代表结构健康状况的基准信号和损伤信号之间的相关系数定义为损伤指数,通过典型结构试验确定损伤指数阈值。然后,在载荷施加的过程中以损伤指数超过该阈值的信号路径数量作为衡量结构健康状态的结构损伤指标,通过监测该指标的变化掌握结构的健康状况。在全尺寸复合材料尾翼损伤演化监测实验中,验证了该方法对于复合材料飞行器结构损伤扩展监测的有效性。研究结果表明,结构损伤指标的变化可以反应结构健康状况的变化趋势,在役结构健康监测方法可以实现对复合材料尾翼结构的实时监测。     

混凝土结构超声阵列探头成像算法研究

目前对混凝土结构进行超声检测常采用双探头方式,检测效率很低.提出了一种超声阵列探头成像方法来提高检测效率,这种方法充分利用阵列中相隔探头间形成的扫描信号,最大限度增加阵列数据融合处理的有效数组维数,根据线型阵列的结构特点,结合合成孔径聚焦算法,配合有效的信号处理方法滤除结构噪声,能对混凝土结构实现有效探测.数值仿真结果表明,此方法不仅能提高检测效率,且能对检测目标实现有效聚焦和准确定位.     

降雨环境下电磁波短距离传播衰减研究

随着无线电技术的不断革新,在降雨等复杂环境下由于电磁波传播特性变化造成对武器系统的影响逐步被重视。与以往降雨环境下的远距离电磁波传播研究不同,着重阐述了近距离传播过程中电磁波的衰减问题。通过电磁仿真软件的帮助,根据层状云降水情况建立仿真模型,模拟多个频段下电磁波短距离传播过程,并通过计算路径前后电磁波能量差值以反映出电磁波衰减情况。结果表明,在降雨环境中,短距离的电磁波传播由于雨滴的影响,存在较大的衰减,随着频率和传播距离的增加,电磁波的衰减也在增加。     

涡旋电磁波跨海远距离传播特性研究

针对涡旋电磁波远距离通信能力评估需求,提出一种测量涡旋电磁波远距离波前相位的方法,在青岛海域开展了涡旋电磁波跨海远距离传播特性测试实验。测量了频率10 GHz,3.7 km距离模态1、模态2与7 km距离模态1涡旋电磁波波前相位保持特性。结果表明,在10 GHz,7 km距离处,涡旋电磁波波前相位依然能够保持涡旋特性,可以用于轨道角动量域复用通信。     

不同约束下激光推进流场波系结构实验研究

利用透镜聚焦CO2激光击穿空气,在有效解决实验系统时序问题的基础上,借助高速阴影系统研究了3种不同约束构形下激光推进的流场波系结构,获得了波系演化的时序照片,并初步分析了等离子体点火特性和激光支持吸收波(之后退化为激波)的传播速度.结果表明:无约束下流场约呈椭圆形扩散衰减,平面靶和15°扩张靶约束下发生明显的激波反射和边界绕射现象,3种约束中心均出现缓慢变化的低密度高压气团;3种约束下激光支持的爆轰波退化为激波时速度急剧下降,之后激波速度变化平缓,约70～80μs降至声速.