大尺寸板状构件超声阵列悬浮技术

为了提高超声悬浮性能及其柔性化应用能力,满足包括集成电路硅片和太阳能电池极板等构件的非接触抓取和输运的应用需求,开展基于换能器阵列的大尺寸板状构件超声悬浮技术研究. 采用空间脉冲响应函数法,建立换能器阵列非自由超声场的声压分布及该声场内悬浮体所受声辐射力的理论表达式,结合COMSOL软件进行仿真研究,验证该理论表达式的正确性. 搭建基于换能器阵列的超声悬浮实验装置,分别开展同一激励电压不同尺寸硅片以及同一尺寸硅片不同激励电压下的声悬浮实验. 结果表明：该技术可以实现对尺寸远大于波长的物体在稳定高度的超声悬浮,且当悬浮体的重量小于超声阵列的最大负载能力时,悬浮高度随物体尺寸和激励电压的变化不明显.     

基于机器微视觉的超声辐射力测量技术

针对微构件在超声辐射力场中所受的辐射力,提出了一种基于机器微视觉的非接触式微力精密测量方法.在研究检测对象刚体平面运动特点和分析传统数字图像相关算法局限性的基础上,采用基于圆周窗口等分角采样的特征提取方法,将二维图像中刚体的相角位置信息表征为一维采样时序信号,并通过基于小波变换的广义相关算法来估计位移前后特征序列的时延,得到刚体的旋转角位移,从而利用力与运动量的相互关系确定出作用于微构件的超声辐射力.实验结果表明,该技术具有速度快、精度高的检测特点,并突破了传统方法仅适合于检测平稳信号在非相关干扰噪声环境下应用的限制,具有较宽的应用范围.     

电磁超声表面波辐射声场的三维有限元分析

为了得到电磁超声表面波换能器在被测试件表面和内部的辐射声场分布,采用ANSYS有限元仿真软件对电磁超声换能器辐射声场进行仿真.建立了电磁超声换能器三维有限元模型并进行了优化,给出了被测试件中感生涡流与换能器激励线圈参数的量化关系.通过电磁结构耦合的方法得到被测试件内部及表面不同方向质点的位移变化,分析了在被测试件内部的辐射声场分布,并给出了被测试件表面辐射声场的指向性规律.根据仿真模型搭建了电磁超声探伤平台,实验结果与指向角仿真结果基本吻合.实验结果表明：对电磁超声表面波辐射声场的有限元仿真,为其设计优化、实际探伤范围的确定、接收线圈放置位置,以及收发装置的安装角度提供了依据.     

电磁超声在钢管探伤中的应用

为了提高超声波换能器的电 声转换效率与探伤精度,利用直接频率合成技术对电磁超声表面波进行激励,并采用选频放大技术对电磁超声接收信号进行处理.实验分析中通过改变激励信号的强度、频率、脉冲串个数、激发相位,得到电磁超声波激发的最佳条件,所设计的锁相放大电路能将微弱的电磁超声接收信号从强噪声背景中分离,有效改善接收信号的信噪比.实验结果表明,电磁超声检测方法可以实现无接触测量,适用于高温、高速、涂覆状态下的超声检测.     

超声波体积流量计声场混合计算方法

超声波体积流量计测量空间内声场分布主要由换能器性能和实际工况下的流场共同决定. 在进行相关声场研究时,为了解决仅使用数值法难以对实际换能器重要计算参数进行准确建模的问题,提出联合测量边界条件和数值法的混合计算方法对声场进行求解. 计算模型的振动边界条件通过使用扫描式激光测振仪测量换能器表面离散点的振动速度并对其进行数据拟合来准确获取,实现以实验测量的数据对建模不确定性最大的换能器进行表征. 由计算流体动力学对超声体积流量计在不同体积流量下的流场进行求解,并将获取的流场导入数值计算模型中作为背景流场. 借助有限元软件COMSOL求解由非均匀流中线性声学式推导的控制式对声场进行预测. 比较预测和实验结果,对混合计算方法进行验证.     

基于AD9958的双路超声电源设计

介绍一种用于超声悬浮传输的双路信号输出超声电源。电源使用双路输出的直接数字合成芯片作为超声信号的发生器件,该信号经过放大整形后输入半桥功率放大电路,最终输出功率信号来驱动超声换能器。电源可输出频率、幅值、相位独立可调的双路超声功率信号,其中,幅值的调整通过改变半桥电路的供电电压实现,频率和相位的调整通过改变直接数字频率合成芯片的设置参数实现。在半桥功率放大电路中,使用死区时间可设定的专用栅极驱动芯片对上下桥臂的场效应管进行控制,有效地防止上下桥臂直通现象的发生,提高电源的稳定性。     

基于相控技术的钢板电磁超声检测方法

为了提高钢板中电磁超声回波信号,提出了一种基于相控技术的钢板电磁超声检测方法.研究了相控聚焦技术和钢板中电磁超声换能器的换能机理,通过多阵元组成激发换能器阵列,运用延时法使超声波在目标区等相位叠加,实现超声波聚焦,并在Q235钢板上采用分立式结构进行实验验证.结果表明:该方法有效弥补了收发换能器间声程差引起的相位偏移,激励电压一致时,658 mm处接收的回波信号幅值提高为中心换能器单独激发时的2倍;采用三阵元激励换能器阵列检测方法可实现缺陷处的超声波聚焦,520 mm处缺陷回波幅值提高为中心换能器单独激发时的1.83倍.     

微机械三维结构几何尺寸的图像测量

针对微机械三维几何尺寸测量问题,提出了基于CCD光测量技术的图像测量方法,并结合硅微悬臂梁深度和平面尺寸进行了实验研究,其结果可适用类似的三维结构测量。     

变幅杆式超声波声场分布测量

以某钢厂180 t钢包为原型,在钢包水模内进行超声场空化强度及声场分布分析;采用金属薄膜腐蚀法,测量研究超声空化强度及其分布,从空化角度对形成的声场分布进行探讨。实验结果表明：超声波空化场在工具杆周围以径向辐射为主,在工具杆底端的空化场呈圆锥状分布;在超声搅拌的过程中,空化泡群产生在超声波的波腹位置,产生后沿任意方向作直线运动,在运动的过程中伴随着空化泡的聚集、长大、崩溃等过程,正是因为这些剧烈的变化以及崩溃过程产生的微射流改善搅拌效果     

超声清洗设备功率自动监控电路的设计

为使超声清洗设备射频输出功率最大,要求超声换能器始终工作在谐振状态下。采用频率自动跟踪技术,并引入数字锁相环具体实现系统频率自动跟踪。仿真结果表明,所设计的超声清洗电路直流到射频输出功率转换效率较高;超声换能器上的电压、电流信号相位同步,换能器始终工作在谐振状态下。     

A simple algorithm to calculate the pulsed sound field of a wide-band linear phased array

Ultrasonic testing is an important nondestructivetesting technique. Because of its strong penetrability,simple facility, convenient use and good security, ithas been wildly used in industry and high-technologyfields. But when testing pieces of complex geometrywith a conventional ultrasonic probe, the testing error isgreater and the ability to detect defects decreases be-cause of the diffusion of the sound field. In order to im-prove defect detectability, it is necessary to scan thetesting obje…     

声速测量实验中声波的研究

为了能对声速测量实验中的声波在理论上作更深入的研究,讨论了声速的测量方法及实验原理,对声速测定仪的发射器与接收器之间入射波与反射波叠加的合成波方程进行了推导,得到两换能器之间超声波的状态为行驻波。实验结果表明,可以用相位比较法和驻波共振法测出超声波的声速,同时这两种方法的测定结果与理论值的相对误差分别仅为2%和1%。     

声速测量实验原理的研究

对声速测量的实验原理进行了研究 ,通过对入射波与反射波的叠加 ,得出两换能器之间超声波的状态为行驻波 ,它既具有行波的特征又具有驻波的特征。因此 ,既可以用相位比较法 ,又可以用驻波共振法测出其波长。澄清了某些实验教材中使人迷惑不解的一些表述。     

超声光栅理论与实验研究

描述了超声波在液体里传播形成超声光栅的原理,指出一维运动的超声波进入液体经反射板反射形成驻波,使液体的密度、折射率和相位等物理性质产生周期性变化,而形成超声相位光栅;进而由折射率周期性变化规律分析了超声光栅衍射法的形成原理,并给出了WSG-I型超声光栅声速仪利用超声光栅衍射法测量水和乙醇声速的方法与实验结果;通过测量因浓度不同引起超声光栅常数的变化,拟合出浓度与光栅常数变化的函数,实现对浓度的测定。     

超声对于刚性界面上半球的作用力

以刚性壁面上刚性半球近似超声波清洗场中物体上的固体颗粒,推导了它受到的连续声场作用力的表达式,表明了受力幅度与声波频率、颗粒大小以及入射方向之间的关系.为理想流体中超声波对于物体上附着物的清洗机理提出了理论解释.     

A ring type standing wave ultrasonic motor using cantilever type longitudinal transducers

The disadvantages of classic ring type ultrasonic motor were analyzed.To obtain large mechanical output power,a ring type standing wave ultrasonic motor using cantilever type longitudinal transducers was proposed.There are four pairs of cantilevers on one side of the ring,and four PZT ceramics are set between each pair of cantilevers.A screw fastened the PZT ceramics and cantilevers together to form a longitudinal transducer.The bending vibration mode of the ring is excited by the stretching vibration of the PZT ceramics.Thus,linear simple harmonic motions are achieved at the particle on the teeth.And the driving force is the frictional force between rotor and stator.The working principle of the proposed motor was analyzed.The ring and the longitudinal transducer were designed with FEM.The sensitive parameters of resonant frequency of the transducer and ring could be gained with modal analysis.The longitudinal vibration modal of transducer and bending vibration modal of ring were degenerated,and the motion trajectories of nodes on the teeth were analyzed.The results of this paper could guide the development of this new type of motor.     

利用输入力有源控制水下弹性板辐射声场的分析

本文把利用输入力有源控制弹性板辐射声场的方法推广到水下情况.模型为两边简支弹性板上接受到一列平面波产生再辐射,利用输入力进行控制,并用二次型优化计算最佳控制力向量,使目标函数或辐射声功率最小.结果表明利用两个或三个控制力就能获得低频范围内辐射声级的全空间衰减,并且,控制方案的有效性与板的模态响应和辐射场之间的耦合特性有关.