圆形钢板中声发射信号响应特征研究

声发射检测技术应用广泛，声发射仪器系统良好的灵敏度是进行声发射检测的重要保障。搭建了一套声源信号检测平台，通过实验和数值分析研究了两种不同声源在圆形钢板中声发射信号的响应特征。实验结果表明，随着与声源距离的增加，不同方向上信号的响应幅值变化趋势基本一致，不同方向间响应幅值的差异主要分布在2.1~8.8 dB。在距离声源0~350 mm时信号响应幅值整体下降速度较快，脉冲激励相较断铅激励产生的信号衰减率低 3% 左右。脉冲信号激励传感器产生的声源拥有更好的稳定性和再现性，本研究对声发射仪器灵敏度测试中声源的选择提供了参考。     

基于LC谐振的超声电机驱动器的研究

根据超声电机的容性负载特性,提出了利用LC进行谐振升压的无变压器式驱动电路.分析了输出信号中各次谐波幅值和能量比与驱动信号占空比和谐振周期之间的关系,据此提出了驱动电路的设计准则.应用此电路驱动直径为5mm的超声电机,输出电压峰峰值达200V以上,电机运转良好,证明了此电路对于驱动小功率超声电机的实用性和可靠性,为驱动器的进一步集成化奠定了基础.     

基于磁声电技术的肺部组织成像仿真研究

新冠肺炎可引起肺水肿和肺实变,对肺部造成严重的损害.CT检测存在辐射,超声成像对轻症患者难以发挥作用.磁声电成像是一种典型的电磁和超声相互耦合的电特性成像技术,具有高空间分辨率和高对比度的优点,可检测肺部病变早期变化.该文介绍磁声电技术的原理,利用有限元分析软件建立肺水肿或肺实变前期模型和完全肺水肿或肺实变模型,仿真分析所建模型的磁声电信号并实现了B扫成像.仿真结果表明,肺部组织内的气体对超声波有反射作用,随着肺部组织内气体含量逐渐减少,肺部组织左边界上由反射超声波形成的脉冲信号幅值减小,肺部组织右边界上由绕射过含气组织的超声波增加产生的脉冲信号幅值增大.当肺部完全水肿或肺实变后,肺部组织内不再含有气体,由反射超声波引起的脉冲信号消失,可显示内部肿块的脉冲信号.该文通过仿真论述了磁声电成像技术在新冠肺炎临床应用中的潜力.     

低温环境下锂离子电池荷电状态与超声透射飞行时间的关系研究

为掌握低温下锂离子电池荷电状态（SOC）与超声检测特征量之间的关系,开展了圆柱卷绕型锂离子电池荷电状态超声检测与理论分析。设计了一种超声换能器固定装置来提高超声信号检测的稳定性和灵敏度。建立特征提取算法,提取超声信号幅值和超声飞行时间两个特征参量,获得低温环境下锂离子电池的最大可用容量。结果表明,在低温环境下,超声飞行时间特征量相较于超声信号幅值特征量能更准确地反映锂离子电池的荷电状态。该文还研究了低温对锂离子电池负极材料弹性模量、质量、长度的影响,建立了低温环境下锂离子电池荷电状态与超声透射飞行时间量化方程,量化方程与检测数据之间的拟合决定系数为0.966 8。该研究可为低温环境下锂离子电池SOC的准确检测提供参考。     

直流均匀场中球形金属微粒与电极碰撞的超声特性研究

GIL中金属微粒与电极碰撞时会产生超声信号,研究超声特性对微粒运动的在线监测具有重要意义。搭建了直流电压下平行板电极中球形金属微粒运动的实验平台,实验得到了不同电压、直径下铝微粒与低压极板碰撞时的超声信号,并通过编制计算机程序提取了超声信号的幅值,超声信号幅值结果表明:同等条件下,随着电压、微粒直径的增大超声信号幅值增大。基于Ansys/LS-DYNA建立了铝微粒与电极碰撞的力学模型,仿真获得了微粒与电极碰撞过程中接触力变化,仿真结果表明:碰撞过程中接触力呈先增大后减小趋势,存在最大值。最后,对接触力最大值与超声信号幅值之间的相关分析表明:接触力最大值与超声信号幅值之间成正比关系。     

用于测厚和裂纹检测的正交横波电磁超声换能器仿真分析及实验研究

垂直入射的横波在测厚时具有较高的灵敏度,但检测裂纹常需采用斜入射方式,单个换能器无法同时进行这两种检测。该文设计了一种正交横波电磁超声换能器（EMAT）,通过两个蝶形线圈在铝板中激发正交偏振的横波,提出在脉冲回波模式下利用两个线圈接收信号的声时信息和幅值差,同时进行测厚、检测裂纹并确定裂纹方向的方法。建立正交偏振EMAT三维有限元模型,对横波声场与裂纹缺陷的相互作用进行仿真,研究线圈间距、裂纹尺寸对正交声场和信号幅值差的影响。仿真和实验结果表明：正交横波EMAT通过一次检测可以同时实现测厚、裂纹检出及裂纹方向定位,为腐蚀减薄和裂纹等缺陷的在线检测提供了新方法。     

GIS设备内部缺陷的新型超声诊断技术

笔者归纳总结了GIS设备的内部故障,简要说明了超声诊断原理及新型GIS超声绝缘测试仪在超声诊断中的应用,重点介绍了基于缺陷测量特征的新型超声诊断技术以及国内外的诊断经验。现场实际测量表明,基于测量特征的超声诊断技术对自由颗粒、振动、悬浮电位等GIS设备内部缺陷产生的局放信号进行分析,具有较高灵敏度而且能对壳体上和导体上的缺陷进行定位的特点。     

Barker 编码激励超声导波在断轨检测中的应用

为增大钢轨中接收端超声导波信号幅度并提高超声导波辨识度,提出将编码激励技术应用到超声导波断轨检测系统 中。 系统在发射端采用持续时间较长的 13 位 Barker 编码信号激励超声换能器产生超声导波,在接收端采用匹配滤波方法对回 波信号进行脉冲压缩。 针对 1 m 长 60 型钢轨分别进行了仿真分析和实验验证,结果表明,实验结果与仿真结果具有很好的一 致性,Barker 码激励经匹配滤波脉冲压缩后的信号幅度远远大于单脉冲激励接收信号幅度,前者是后者的 3 倍多;归一化后两 者信号在时域上波形几乎完全重合,两者的信号相似度仿真与实验结果分别达到 99. 39%和 99. 29%。 研究结果表明,利用 Barker 码作为激励产生超声导波信号是可行的,并可应用于断轨检测中。     

复合材料声发射信号传播特性试验研究

为了获取直升机动部件疲劳损伤声发射信号的传播特性,搭建了声发射数据采集系统,对直升机动部件常用碳纤维材料试件和蜂窝材料试件进行了传播特性断铅试验,利用谐波小波包分析了声发射信号在各个频带上的衰减特性,克服了传统小波包分析能量泄露、频带选取不灵活、不同层频率分辨率不同的缺点.研究结果表明对于所研究两种试件,100 ～ 200 kHz频带的衰减特性与原始信号基本一致,可以代替原始信号进行定位和损伤识别研究,频率越高,衰减越快,衰减较大的无损检测场合,适合选择较低频率范围提取信号特征,对于所研究碳纤维材料试件,200 mm之后声发射信号衰减特性偏离理想衰减特性很大,限制了传统声发射源定位方法的应用.     

基于混合超声激励的变压器绕组检测技术研究

为了减少超声波在变压器内部的能量衰减、提高检测结果的时间分辨率,提出了一种基于频率调制、相位编码和幅度加权的混合超声激励方法。首先,提出了频率调制和相位编码复合激励方法,将线性调频技术应用到13位Barker二相编码信号的每个子脉冲上,在提高超声波的穿透能力的同时保证较高的时间分辨率。其次,设计了基于Nuttall窗函数的幅度加权滤波器,进一步抑制超声激励信号的旁瓣水平。最后,开发了一套变压器绕组形变超声检测系统,在某35 kV变压器上展开现场试验。系统能够实现对变压器绕组直观、定量和准确的带电检测,成像分辨率较高。结果表明,激励方法可有效避免绕组形变故障的漏检和误检,符合工程实用化应用的要求。     

煤矿主接地电极腐蚀超声 SH 波检测方法研究

煤矿井下主接地电极腐蚀检测对于保护工作人员的安全起着极其重要的作用,当前通过运至井上人工肉眼检测的方法耗时耗力且无法定损,因此本文提出了一种基于超声SH波回波特性的煤矿井下主接地电极在线腐蚀检测新方法。首先推导了液浸板结构中SH波的频散方程,选取频散小、传播距离长的零阶SH波作为检测激励信号,建立液浸板结构有限元模型,确定了最佳超声激励频率;其次构建煤矿主接地电极声-固-流多物理场耦合检测模型,仿真研究超声SH0波在主接地电极上的传播特性以及对于腐蚀的检测能力,分析了1～5 mm腐蚀深度以及5～25 mm腐蚀半径下的回波信号特征;最后搭建了煤矿主接地电极无损检测系统,开展了实验验证工作。实验结果表明,通过超声SH波检验井下主接地电极腐蚀缺陷具有可行性,在500 mm×375 mm×5 mm的主接地极板上腐蚀定位误差为5.64%,同时腐蚀信号的幅值与不同程度的腐蚀缺陷与成正相关性,为煤矿井下主接地电极腐蚀检测以及腐蚀程度的定量评估提供了一种有效的方法。     

基于超声波方法的管内气固两相流浓度测量技术

对一种基于超声波被动接收原理的管内气固两相流浓度测量方法进行了研究。在煤粉的弯头外侧装设超声波接收器，通过接收气固两相流内固体颗粒撞击弯头管壁产生的超声波信号，经过增益器将信号传送到计算机，计算机对超声波信号处理后，根据不同固体浓度下信号特征的变化获得管内气固两相流的浓度。试验结果表明，该方法可实现气固两相流中固体浓度的连续在线测量，采用方均根电压作为超声信号的分析具有最佳的分辨率。     

基于短时傅里叶变换和稀疏表示的开关柜局部放电超声波图谱识别和分类方法

超声波局部放电检测技术作为一种非接触检测方法,具有抗电磁干扰能力强的优点。本文采集了开关柜中不同放电类型的局部放电超声波信号,使用短时傅里叶变换获得超声波信号的时频图,使用稀疏表示算法对时频图进行分类,能够快速准确地判断出是否发生放电,并判断属于以下哪种放电类型：球板放电、柱板放电、锥板放电、针板放电。在使用稀疏表示方法过程中,分别采用了正交匹配追踪法和加速近端梯度法两种方法进行稀疏求解,通过实验说明了这两种方法适用于不同的情况。实验证明该方法相比于传统多分类支持向量机方法具有更高的准确率、鲁棒性和稳定性,并且更适合解决局部放电识别和分类问题。     

不锈钢焊缝中超声传播特性及TOFD检测方法研究

为提高对不锈钢焊缝内部缺陷的超声检测能力,开展了关于焊缝超声波传播特性及其超声衍射时差法(TOFD)的研究工作。通过调整探头间距(PCS)改变检测声束方向,分析检测声束与柱状晶夹角对检测信号信噪比的影响,提出基于超声TOFD技术的焊缝一次波、二次波检测方法;鉴于二次波检测中特征波结构的复杂性,建立了特征波传播模型以识别二次波特征信号。研究结果表明,焊缝中传播的超声波声束呈现明显的各向异性特征,柱状晶与检测声束的夹角是检测信噪比的关键影响因素;与探头置于焊缝根部侧和余高侧相对应,需分别采用一次波和二次波检测方法进行TOFD检测;当检测声束与柱状晶夹角在35°~48°且检测区域具有较高声压时,可有效提高对焊缝缺陷的检测能力。基于声波传播的各向异性特征提出的超声TOFD一次波和二次波检测方法对于提高奥氏体不锈钢焊缝的超声检测能力具有重要作用。     

铸钢件超声波检测工艺参数选择分析

通过调整超声波检测参数,研究分析ZGOCr13Ni4Mo铸钢件检测反射回波波幅与超声波检测参数变化的关系.试验结果表明,探头频率、直径对对回波增益产生较大影响,当铸钢件壁厚<75 mm时,宜选用频率为2.5 MHz;当壁厚≥75 mm时,宜选择频率为2.25 MHz,探头晶片直径为20 mm较佳.     

激光-仅线圈式 EMAT 的金属检测系统优化设计

在铝合金铸造和高温轧制过程中,采用非接触式无损检测技术实现在线监测与检测,对减小生产成本、保证生产线连续、提高产品成品率具有重要意义。首先,建立了以脉冲激光束激励和仅线圈式电磁超声换能器(EMAT)接收的铝合金Laser-EMAT检测过程有限元模型,分析了水膜表面约束机制以及硅钢聚磁结构对所激励的多模式超声波幅值的影响规律,研究了仅线圈式EMAT的励磁线圈和接收线圈的外径、内径、线径、层数等对超声波接收效率的影响;其次,开展了铝合金Laser-EMAT检测实验,验证了水膜表面约束机制、仅线圈式EMAT设计参数和硅钢聚磁结构对检测回波幅值的影响规律。研究结果表明,水膜表面约束下,采用硅钢材料作为励磁线圈的聚磁背板后,超声回波信号幅值增强了37.76%,信噪比增加了17.3 dB。在激光能量一定、光斑大小不变、励磁线圈外径为12.3 mm、内径为1.6 mm、线径为0.4 mm、层数为2层时,线圈阻抗与电路内阻一致,线圈获得的能量最多,其提供的径向偏置磁场最强。当接收线圈外径为14.1 mm、内径为1.7 mm、线径为0.26 mm时,超声波接收效率最佳。     

基于同步监测和深度学习的电容器介损角辨识

电容器在线监测系统中,不同位置监测装置受导线电流的干扰不同,因此工程中使用谐波分析法计算介损角存在不稳定问题。该文提出了一种基于同步监测和深度学习的电容器介损角辨识方法。首先给出了电容器电流、电压信号无线同步监测方法,以及用于深度学习的介损角表示信号Dδ(t)的计算过程。然后仿真验证方法的有效性并与基于加汉宁窗的谐波分析法进行比较。最后对深度神经网络隐含层进行了可视化分析,结果显示,该方法的正确率主要受噪声、谐波幅值比、介损角变化量等影响,且在谐波幅值比小于10%的情况下,辨识结果受频率偏移、谐波与基波相角差的影响较小。     

承插焊接接头超声波检测方法研究

为了检测发电机组各种连接管的承插焊接接头内部缺陷,通过承插焊接接头的有限元应力分析,制作了模拟缺陷试块,选择合理的超声系统及超声反射信号进行试块的检测分析。检验结果表明,该超声波检验方法能灵敏有效地检测出该类焊接结构早期内部缺陷,可为该类焊接结构安全运行提供技术支持。     

超声电机驱动电路设计

超声电机(简称为USM)是一种有别于传统电机的新型微特电机。其工作原理是利用压电材料的逆压电效应,把超声频段的电信号加到压电材料—金属构成的定子上,使定子表面产生一定轨迹的机械振动,通过与转子间的摩擦作用来驱动转子运动。由于USM特殊的机械结构和工作原理,使得其需要专用的驱动电源,一般需要输出两相正弦高频电压,并且电压幅值、频率或相位差可调。本文根据USM驱动电路输出电压的要求,利用PWM控制技术设计了一种新型的USM驱动电路,并通过buck斩波变换器实现了USM驱动电路输出的电压调节,最后通过电路仿真,输出了两相相位差90°、幅值可调的高频正弦电压,满足USM驱动控制要求。