基于TDC的L_(CR)波切向应力检测方法的研究

基于固体中声速与应力的关系以及临界折射纵波(critically refracted longitudinal wave,LCR)的产生机理,提出一种利用LCR波从表面检测物体内部切向应力的实施方法,并对测量系统的硬件结构和工作原理进行详细阐述。针对应力改变导致的LCR波传播时间的微量变化,系统采用基于逻辑门绝对传输时间原理工作的"时间—数字转换器"(time to digi-tal converter,TDC)来满足高精度的时间间隔测量要求。在测量过程中采用"单端发射—双端接收"的布局模式进一步降低测量误差,以提高应力检测的精度。     

用LCR波检测零件内部切向应力的实验研究

本文介绍了一种基于声弹性理论,利用临界折射纵波（Critically Refracted Longitudinal．LCR）从表面测量零件内部切向应力的方法．依据固体中超声波传播特性与应力状态的关系,搭建了基于传播声时的实验测量系统．在传播声时的测量中采用“过零检测”方式减小由超声波信号幅度变化造成的误差,利用时间-数字芯片实现高精度的时间间隔测量。     

利用相位估计算法实现ps量级的高精度时间间隔测量

高精度时间间隔测量广泛应用于时间同步、卫星导航、航天测控、激光测距以及核电子等场合.目前主流的时间间隔计数器能达到25 ps分辨率,约100 ps的准确度.本文把被测信号作为采样参考频标信号的触发信号,利用参考频标的相位记录被测信号的触发点,然后利用插值FFT对参考频标信号的采样数据进行相位估计,提出了一种理论上分辨率和精度均优于1 ps的时间间隔测量方法.实验测试结果表明原理样机达到了10 ps的测量精度.进一步改进样机的设计,有望达到1 ps的测量精度.     

脉冲激光测距中高精度时间间隔测量方法的研究

高精度时间间隔测量对脉冲激光测距系统具有重要意义,为此提出了一种新的高精度时间间隔测量方法。该方法在FPGA中实现了脉冲计数法、多相采样法和延迟链法的结合。采用脉冲计数法对被测时间间隔进行“粗值”测量,保证大的动态测量范围。利用FPGA内部锁相环产生N路同频率,相位均匀分布的时钟信号作为计数时钟,基于等精度测频原理,将被测时间间隔的测时分辨率提高到Tclk/N。利用FlipFlop锁存器形成延时链,对被测信号与相邻计数时钟的时间间隔进一步量化。该方法解决了传统多相采样技术中倍频次数高则相移分辨率降低的问题,在不增加计数时钟和有限延迟链数量的前提下,得到较高测时分辨率。测试结果表明,该时间间隔测量模块不但可以实现大的动态测量范围,而且测时过程相对较短,具有较高测时精度。     

基于复频域B样条小波与高斯函数的超声信号波至检测

在超声检测中,液位、压力、应力等参数的测量实际上转化为超声信号度越时间的测量,如何有效地提取超声回波信号的波至时刻成为能否准确测量的关键.在分析了连续复小波变换的模极大值包络提取和小波的奇异点检测理论的基础上,提出了一种新的超声信号波至检测函数,并选用复频域B样条和高斯函数为小波基,在MATLAB上对仿真信号及原始超声信号分析处理.实验结果表明,此检测函数在较低的信噪比条件下也可有效地提取到超声回波信号的波至时刻.     

关于二维平面上应力波木材无损检测的研究

论述了在Lab VIEW提供的虚拟环境下,设计信号处理的算法对经过NI数据卡采集到的多路信号进行处理并实现实时测量任意两路信号之间的时间差的过程。然后利用测量得到的应力波在木材中传播的时间,结合应力波在木材中的传播规律,利用反细胞投影法实现二维图像的重建。     

应用于激光雷达的高精度时间间隔测量方法

针对当前脉冲激光测距雷达中时间间隔测量精度低的问题,文中提出了一种高精度时间间隔测量方法。该方法采用双环形振荡器作为时间内插器,利用其输出的可控频率时钟信号对时间间隔做内插和逼近,实现时间间隔的粗测量和精测量,然后结合改进的时域互相关算法对测量结果做估计。实验结果表明,当环形振荡器的时钟为50 MHz时,时间测误差小于20 ps。     

基于压电纤维传感器应力波方向检测的结构冲击定位研究

冲击定位监测是飞行器结构健康监测的重要研究课题。 基于应力波方向检测的冲击定位方法可有效克服传统的到达 时间方法依赖波速的应用局限性,适合飞行器复杂结构的冲击定位监测。 本文分析了压电纤维对冲击应力波的响应特性,针对 板结构冲击应力波信号具有宽频、频散与多模态成分混叠等特征,采用 Shannon 复数小波变换提取应力波能量峰值窄带信号, 通过仿真与实验研究表明低速冲击板中产生的应力波主能量成分为 A0 模态 Lamb 波;基于压电纤维对 Lamb 波的方向响应特 性,优化制备了 45°“应变花”结构的压电纤维传感器,以能量峰值窄带 Lamb 波传播方向表征应力波传播方向,提出了基于压电 纤维传感器应力波方向检测的冲击定位方法。 实验结果表明提出的基于压电纤维传感器应力波方向检测的冲击定位方法准确 有效,平均距离定位误差为 17. 2 mm。 研究成果提供一种应力波方向传感器及不依赖应力波波速的结构冲击定位方法,具有一 定的理论研究意义和工程应用价值。     

对数字式电秒表的校准及测量不确定度实例分析

数字式电秒表在时间测量上是一个重要的计量器具,它可以测量一个信号持续的时间间隔,也可以测量两个信号瞬间动作时的时间间隔,以415型数字式电秒表为例,对数字式电秒表的校准原理和方法,及用标准时间间隔发生器校准数字式电秒表的不确定度做了详细的描述。     

用电涡流传感器测量角速度

本文讨论了被测信号频率为f(或周期T),一个周期时间间隔T_s对应于旋转体的旋转角α,α/T_s即为角速度;f_i经N倍频,倍频脉冲作为相位基准脉冲,一个相位基准脉冲时间等于α/N度(分度),分度除以相位基准脉冲时间也可得到角速度。该方法为角速度的直接测量提供了有效的手段。     

小波变换在缆索张力测量中的应用研究

介绍了波动法测量缆索张力的基本原理及其检测技术。针对实际测量中脉冲激励下产生的应力波含噪声大及走时时差难以分辨的问题,利用相关系数选取最优小波函数并结合软阈值消噪方法,将应力波从噪声干扰中提取出来。实验结果表明,采用此方法选取的小波能更有效地消去噪声,经过修正后的小波系数重构得到的信号图清晰地反映了入射波和反射波之间的时差。     

超声法焊缝残余应力检测技术研究

文中基于声弹性理论,研究临界折射纵波(Critically Refracted Longitudinal wave,LCR wave)残余应力检测原理,通过超声波传播速度的变化,反映出构件表面和内部的残余应力,从而验证采用LCR波检测构件中残余应力的关键技术,具体包括LCR波的激发、接收和后续处理。设计并制作了基于声时的残余应力检测实验系统。声时是整个测量系统中的关键量,其测量水平决定残余应力的测量精度。在实现过程中采用"一发一收"的探头布局模式,通过测量固定长度上声时传播的变化,分析残余应力的分布情况。     

Time interval measurement device based on surface acoustic wave filter excitation, providing 1 ps precision and stability

This article deals with the time interval measurement device, which is based on a surface acoustic wave (SAW) filter as a time interpolator. The operating principle is based on the fact that a transversal SAW filter excited by a short pulse can generate a finite signal with highly suppressed spectra outside a narrow frequency band. If the responses to two excitations are sampled at clock ticks, they can be precisely reconstructed from a finite number of samples and then compared so as to determine the time interval between the two excitations. We have designed and constructed a two-channel time interval measurement device which allows independent timing of two events and evaluation of the time interval between them. The device has been constructed using commercially available components. The experimental results proved the concept. We have assessed the single-shot time interval measurement precision of 1.3 ps rms that corresponds to the time of arrival precision of 0.9 ps rms in each channel. The temperature drift of the measured time interval on temperature is lower than 0.5 ps/K, and the long term stability is better than +/-0.2 ps/h. These are to our knowledge the best values reported for the time interval measurement device. The results are in good agreement with the error budget based on the theoretical analysis.     

超声波传输时间精密测量方法及应用研究

根据超声波回波信号是一个变幅周期性信号这一特点,提出一种用数字细分来精密测量超声波传输时间的方法,阐明了超声波换能器驱动电路原理及利用FPGA电路和高分辨率A/D电路通过高频采样来实现这一方法的原理,并采用该方法和电路设计了超声波流量计。指出超声波传输时间测量的分辨率取决于超声波信号的频率和A/D电路的分辨率,为保证测量精度,应尽可能采用较高的采样频率。超声波传输时间的测量综合了全部回波信号采样数据,有很好的可靠性和很强的抗干扰能力。     

基于应力波分析的状态监控与故障预测研究

随着先进的仪器测量与分析、物联网、云计算、数据挖掘、人工智能等科学技术的发展,设备状态监控和故障预测技术近年来在工业设备健康管理中起到越来越重要的作用。研究了一种基于应力波分析的状态监测与故障预测技术,通过应力波传感器对设备运动部件间的摩擦、机械冲击和动态荷载的电子信号进行检测和处理,采用专为应力波分析而开发的时域和频域特征提取软件和基于神经网络的数据融合技术,对设备状态进行定量分析,对设备故障进行准确预测,并提供设备健康诊断分析报告。运行试验表明,与振动分析等传统的状态监测方法相比,本系统能更好地实时监控设备运行情况,更早地预测故障,保证了生产安全性,降低了设备检维修成本,提高了生产效率。     

基于高频柱面超声导波的螺栓轴向应力测量

基于金属杆件中高频超声导波的传播特性,提出使用柱面导波高阶不同模态群速度比值的单探头螺栓轴向应力测量方法。使用数值方法求解考虑晶粒散射衰减的Pochhammer-Chree方程,得到了导波群速度衰减系数频散曲线,并分析了其在高频区的传播规律。结合非线性声学以及弹性力学理论,推出基于群速度比值的螺栓轴向应力测量方法。搭建超声应力测量平台,讨论了脉冲超声激励下的实测导波信号特点并提出使用经验小波算法对信号进行模态分解,有效获取了信号中特定模态的群速度。使用该方法以及传统的纵横波声时比法进行了螺栓轴向应力对比标定和测量实验,结果表明前者平均测量误差约为4%,其精度明显高于传统方法(平均测量误差6%)且具有更简便的测量流程。     

Ultrasonic defect detection of a petroleum pipeline in a viscoelastic medium

During detection of the defects in the inner wall of a petroleum pipeline via an ultrasonic nondestructive evaluation method, the defect echo and the inner-wall echo often overlap. It is difficult to identify the arriving time of the defect echo. When an ultrasonic wave propagates in a viscoelastic medium, the stress relaxation and creep deformation result in a signal characterized by frequency. The wave speed and attenuation rate are dependent on the frequency; thus, the ultrasonic signal has different shapes along the wave propagation path. Sometimes the wave shape is wry. The empirical mode decomposition technology used for separating the overlapping echo signals has been presented in this paper. With such technology, the original ultrasonic signal can be decomposed and then some intrinsic mode functions (IMFs) and a residue can be obtained. Different IMFs contain different echo signals. Some useful IMFs are selected to reconstruct the ultrasonic signal. The peaks of the reconstructed ultrasonic signal envelope indicate the arriving time of the echo signals. The experimental results show that this method is effective for detection of the defects in the inner wall of a petroleum pipeline. The text was submitted by the authors in English.     

一种新型的基于四电极结构的生物电阻测量方法

提出了一种成本低而且精度高的人体阻抗测量系统。测量电路采用四电极结构,使每个电极模拟人体皮肤电阻,分别与人体的赤足接触,利用单片机产生50kHz的正弦波信号,经过四电极以及与其接触的人体后形成电压降,再经过信号放大电路处理,最终实现人体阻抗的测量。系统有效降低了产品的成本,克服了接触阻抗以及空间电磁波的干扰,试验结果与理论值证明了测量方法具有高精度、高稳定性和准确性。     

多种噪声下输油管道应力波波达时刻的检测

从小波变换的多分辨率特性和B样条小波能进行信号突变点检测的特性出发，研究了针对输油管道中冲击应力波波达时刻的检测方法。利用小波变换对含有多种噪声的应力波信号进行了多分辨率的分解，提取了有用信号。利用B样条小波对提取的有用信号的突变点位置进行判断，根据应力波到达两相邻检测点的波达时刻计算冲击点的位置，实现盗油点的定位。通过实测数据分析，得出该方法在输油管道的防盗检测中是可行的。     

一种信号合成电路的设计与实现

主要设计一种能够合成指定波形的信号波形发生电路,电路基于傅里叶合成,通过产生不同频率的正弦信号,将这些信号处理后送入加法电路可合成所需信号。主要由方波产生模块产生方波,分频与滤波模块对所得方波分频并滤成正弦波,放大模块对所得正弦波幅值进行调节,移相模块调整各频率正弦波相位,最终通过信号合成模块合成所需波形。