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.     

双换能器悬浮传输装置的有限元分析

在微装配、生物工程、制药等领域,悬浮技术因其具有非接触、微重力、可操控等特性成为一项重要的应用技术。由于声悬浮技术对被悬浮物体没有电磁学性质上的特殊要求,悬浮较稳定且容易控制,因而在各种悬浮技术中倍受青睐。对一种基于双换能器的超声悬浮传输装置进行有限元分析,明确该装置进行超声悬浮传输的机理,分析换能器与反射面之间的距离和换能器振速对传输过程的影响,并基于分析结果,提出一种操控颗粒进行水平悬浮传输的方法。     

基于相位调整的三维超声微操纵技术

为了将超声辐射力应用到微机电系统领域,以达到对微构件进行无损、非接触遥操纵的目的,开展了三维超声辐射力场合成的理论与实验研究,提出了基于相位调整的三维超声微操纵技术.在研究单个圆形平面活塞换能器声场分布以及声场和辐射力关系的基础上,将以相同频率驱动的4个平面活塞换能器呈正四面体放置,利用声波合成原理获得三维超声驻波场,通过调整各个换能器发射信号相位之间的关系实现对微构件在空间范围内的俘获、移动、释放等操纵.实验结果表明,该技术能够有效地实现对微构件的三维操纵,具有响应速度快、定位精度高、易于控制、操纵范围广等优点     

基于相位幅值调制的聚苯乙烯小球非接触传输

在许多物理现象和生物化学处理的研究过程中,非接触传输和处理技术具有非常广阔的应用前景。以在平面阵列式超声悬浮装置中悬浮传输的聚苯乙烯小球为研究对象,建立声学有限元模型。通过有限元仿真与实验,分析小球在传输中的跳跃和振荡问题,提出用换能器阵列的相位和幅值调制驱动方法来提高小球的传输稳定性。实验结果表明,该方法可以显著减小物体在传输过程中的跳跃和振荡幅值,聚苯乙烯小球在传输过程中的跳跃距离降低64.9%,振荡幅值降低41.9%。     

超声导波电磁声换能器的研究进展

超声导波具有检测范围大、检测效率高等优点,广泛应用于板、管等典型波导结构的缺陷检测.作为超声导波换能器类型之一,电磁声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)得到广泛关注和快速发展.综述了近20年来超声导波电磁声换能器的研究进展.主要包括:针对板和管结构超声导波检测的单模态EMAT结构设计;用于提高激励导波的能量和模态单一性的EMAT线圈与磁体结构参数的优化,针对非金属材料检测的新型贴片式EMAT的结构设计;阵列技术在EMAT性能优化上的应用和在缺陷定位和成像上的应用.     

OPCM阵列传感器及其在工程结构NDT中的应用

阵列换能器是在超声相控阵检测中实现电-声转换的传感器件,是影响无损检测(NDT)成像质量的关键因素。传统的超声相控阵换能器中存在力电参数不合理导致的结构不可设计性、驱动电压高等不足。为提高成像分辨率,设计了OPCM驱动/传感器相控阵列,并应用于铝板损伤检测。结果表明:OPCM驱动/传感器使相控阵超声损伤检测的成像分辨率优于常规的普通压电陶瓷阵列结果,研究拓展了复杂工程结构的无损检测技术(NDT)。     

增材制造点阵结构的超声共振谱性能表征

为了实现增材制造的点阵构件性能的可靠、快捷评判,优选超声共振谱技术进行检测方法研究. 使用增材制造工艺,制作了一系列Ti-6Al-4V的点阵结构试样,结构内含有不同宽度的平面型缺陷. 基于自建的超声共振谱检测系统开展试验,利用纵波超声换能器作为振动的激励源与接收传感器. 对共振频率与振动模态进行甄别,选取可靠的共振频率组合作为评判指标,构建马氏空间,按马氏距离对缺陷进行定量分析. 试验结果表明,虽然点阵试样结构复杂,但仍可以测得清晰明显的共振频率峰,且测量结果重现性好. 结果分析表明,点阵试样的共振频率峰位置与缺陷尺寸大小有强相关性,采用马氏距离可以实现缺陷的定量评价. 研究表明,超声共振谱技术为增材制造的复杂点阵构件的性能表征提供了较好的无损检测（NDT）解决方案.     

基于并行传输网络模型的声学参数测量仪器

报道一种新开发的基于电-声/声-电转换传输网络模型的声学测量仪器。该系统的物理模型由一系列并联等效电路组成,可用来更为准确地描述实际声学测量过程。当声波换能器被包含有多个频率分量的信号子波激励时,并联网络中的每一个等效电路将具有自己独特的辐射阻和辐射质量,且每个频率分量将独立地作用于对应等效电路的电学端/力学端。力学端/电学端的累积输出就是声换能器输出的声/电信号子波。该系统在理论上考虑了换能器的电-声/声-电转换、驱动电压信号子波和传播介质特性对测量的声信号的影响,其物理实现采用高分辨率、高采样率数据采集和虚拟仪器技术,使该系统可以保证声信号的精确测量和处理。作为声学测量中的一个应用实例,用薄球壳压电换能器的瞬态响应模型对系统的功能进行了测试。实验测量结果与理论计算基本相符,且具有较高的测量精度。     

声表面波技术在金纳米粒子可控制备中的应用

为了制备优良的金纳米粒子,提出了一种基于声表面波技术可控制备金纳米粒子的实验方法,利用声表面波微流控系统对金纳米粒子进行扰动合成,实现金纳米粒子的可控合成。利用Matlab软件对叉指换能器对数进行了参数优化,设计并制作了声表面波微流控扰动系统。针对不同加载电压设计并开展了金纳米粒子制备试验,分析了不同电压对试验结果的影响。试验结果表明:通过调控电压等控制参数,制备了具有不同浓度、形貌及单分散性的金纳米粒子,验证了本文实验方法的有效性。     

超声压电换能器工作频率的温度自动补偿系统研究

超声压电换能器是中小口径超声波流量计的核心部件,工作环境温度会直接影响超声压电换能器的最佳工作频率,导致流量计计量不准确。以双通道超声波流量计为平台,设计了一个超声压电换能器工作频率的温度自动补偿系统。通过实验获取不同工作环境温度下的超声压电换能器最佳工作频率,并以性能最接近的两对超声压电换能器最佳工作频率的均值作为激励发射频率;设计了一个激励脉冲信号发射系统,根据工作环境温度通过查表法获取超声压电换能器的激励发射频率,自动完成超声压电换能器工作频率的温度补偿。通过实验分析了温度补偿系统对流量计渡越时间和流量标定的影响,结果表明:该系统能够实现超声压电换能器温度自动补偿;经过温度补偿的超声波流量计引用误差控制在1.5%之内,达到二级精度仪表标准。     

超声驻波悬浮能力特性

为了提高超声驻波悬浮能力和悬浮的稳定性,提出了辐射端和反射端均为凹球面形状的结构。通过ANSYS仿真分析超声驻波产生的过程,得到不同凹球面半径下驻波声场的声压分布和最大声压值,确定最优的凹球面半径值。用Matlab仿真的方法对驻波悬浮位置进行了预测。根据优化的结果,加工制作了超声驻波悬浮装置,并对物体进行了悬浮实验,悬浮位置与仿真分析得到的结果一致。该装置在辐射端与反射端间距为2个波长的情况下,同时在3个波节处悬浮了3个直径为3mm的钢球,驻波悬浮能力和悬浮的稳定性得到了较大幅度的提升。     

多层包扎尿素合成塔无损评价方法

利用声发射技术对一台多层包扎尿素合成塔进行了检测和整体性状况评价，并用超声相控阵成像方法对声发射集中定位源进行了复验.试验结果表明，声发射能够有效检出深环焊缝中存在的活性缺陷，超声相控阵技术能实现活性埋藏缺陷的精确定位和测量.采用以声发射技术为主，结合超声相控阵技术的无损检测方法能够实现带有深环焊缝的多层包扎容器的无损评价.     

The experimental study of the calibration of the focus ultrasonic transducer on its picture

The shape and size of the energy transducer‘ s focus decide the constitution of the cure project using HIFU ( High intensity focused ultrasound). The parameter of the focus will be different when the structure of the transducer is different, so we must calibrate each of them. This paper represents calibration principle and method of focal territory in a high-power ultrasonic focus transducer. The experiment is performed on our designed multiple wafer concave focus probe and HIFU apparatus, using 1010 nylon and pork as the target range.It can be seen that the geometric center and focal territory acoustic field center cannot match together. When using nylon as the target, the distributed curves and theoretical curves are a better match. Therefore, the method and principle of calibration here is constructive for the calibration on pictures of other types of HIFU apparatus.     

Ultrasonic transducer array tomography for detecting defect of metal plate based on Hilbert transformation

Hilbert transformation and improved ellipse localization method is applied in ultrasonic transducer array tomography to detect defect of metal plate.By combining the improved ellipse localization metho...     

电磁超声换能器在金属板厚度检测中的优化

为了提高电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer,EMAT）在金属板厚度检测中的换能效率,利用ANSYS有限元软件对用于铝板厚度检测的电磁超声横波换能器进行三维建模与仿真.在仿真过程中,确定了电磁超声横波在铝板中的传播形状与方向,并以正交试验优化设计方法为指导,研究了电磁超声换能器的不同因素、不同尺寸对其换能效率的影响,并据此对EMAT模型尺寸进行了优化.通过实验验证,优化后EMAT得到的回波信号幅值是原始模型回波信号幅值的5倍,并且信噪比较高.     

光纤声发射源定位实验平台的研究与实现

为了研究固体中声发射源定位问题,开发了一套成本低廉,适用范围广,检测灵敏度高的声发射源定位实验系统.采用Sagnac光纤干涉仪作为点传感器构成传感阵列,给出了Sagnac光纤干涉仪超声检测及声源定位的原理;光纤传感器布置在矩形钢板上构成阵列,用模拟声源激励钢板上的任意位置,基于单片机的数据采集电路将四路声发射信号发送给计算机,计算机通过VB编写的软件平台对四路信号进行解调处理.根据四路信号的时间差得到声源的位置,并采用时差修正法提高了定位精度.结果表明,此系统利用光纤传感器实现了钢板中声发射源的定位,为材料结构健康检测与监控的研究提供了一种新的方法.     

超声波的减摩特性

处于超声振动状态的物体表面具有减小摩擦磨损的特性,从质点微观振动和声悬浮力学角度两方面进行分析得出:①超声振动改变了接触面间的摩擦状态;②超声振动减小了接触面的有效接触面积;③振动力和辐射压减小了正压力。利用实验方法测得了振动参数与摩擦性能之间的关系,测试结果表明:当振幅为5μm时,摩擦系数降低为无振动状态时的10%。     

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.