基于反射探针的聚焦超声测量传感器设计和方法研究

基于钨钢探针和PVDF压电薄膜材料,设计研制了一种用于聚焦超声测量的新型传感器。同时,通过理论分析和有限元分析软件建立了传感器物理模型,并对传感器的内部声场及反射状况进行了模拟仿真,获得传感器输出信号的波形和幅值。最后,利用研制的传感器对聚焦换能器焦域声压和声强进行检测,并将检测结果与理论仿真结果对比,在10W的声功率范围内,证明了新型传感器及其测量理论和方法在聚焦超声测量中的可行性与可靠性。该新型反射探针传感器将为高强度聚焦超声声场的测量提供一种新的方法。     

基于压电传感器的管道泄漏信号可靠性识别技术研究

管道泄漏检测的可靠性主要取决于泄漏信号的信噪比，泄漏信号信噪比的提高主要由传感器和对信号的处理方法决定。在定量分析的基础上，得出了基于压电传感器的管道泄漏检测方法具有比基于压力传感器的负压波法更高的泄漏信号信噪比。通过信号分析，论证了平滑滤波对于提高泄漏信号信噪比的必要性，提出了用区间信号能量来突出泄漏信号的方法。分析比较了实际检测信号幅值、区间信号能量和区间信号平均能量的平方3种方法下泄漏信号的信噪比，提出了用基于区间信号平均能量平方的顺序能量比率法进行管道泄漏信号识别的方法。结果表明该方法可以极大地提高泄漏信号信噪比和泄漏检测可靠性。     

超声反射法测量混凝土厚度

一 、前言 在超声检测领域中,反射法占有重要地位,而准确地提取材料中各界面的反射回波声时(或谐频),则是反射法超声检测的一个基本课题。 对于低衰减、非频散的均匀介质材料,反射法超声检测已很成熟,而对于高衰减、频散严重的多相材料体系,如混凝土等,由于有用回波信号衰减过快:频散及模式转换,使得有用信号微弱且伴有畸变,很难予以分辨。 本文试图采用几种超声反射方法来测量混凝土试样的厚度,比较了几种超声探头、冲击回波等接收信号的直读和波形信号处理方法。实验表明:1.普通窄带超声探头的直达与反射信号余振均很长,不能直接读出其厚…     

基于Lorenz系统Lyapunov指数的管道超声导波检测

为了提高长距离管道超声导波检测中弱导波信号的识别精度,提出了基于Lorenz系统Lyapunov指数的管道超声导波检测方法。基于非共振周期信号的参数激励实现Lorenz系统的混沌控制,将待测的导波信号作为参数激励的扰动项输入Lorenz检测系统中,通过对比有无导波信号输入后Lorenz系统最大Lyapunov指数的不同响应,确定适合导波信号检测的参数激励幅值;然后利用ANSYS软件和搭建的超声导波试验平台分别进行数值模拟和实验,获得超声导波在含有不同损伤个数、大小的6 m长管道中传播的数值模拟信号和试验信号,利用Lorenz检测系统识别数值模拟与实验信号;基于二分法对导波信号进行分段识别,通过定位出回波信号的时间段实现损伤定位。检测结果表明,Lorenz系统能够有效地免疫噪声并识别管道的缺陷,并且提高了管道超声导波检测的灵敏度。     

基于相轨迹的多裂纹管道超声导波检测研究

在超声导波多裂纹管道损伤检测中,缺陷回波信号幅值较小且波形复杂,不利于损伤的识别。基于混沌系统的初值敏感性及较强的噪声免疫特性,通过数值模拟和实验研究,验证了杜芬混沌系统的相轨迹识别多裂纹管道超声导波信号的有效性。给出了混沌系统相轨迹识别导波信号的原理,并结合超声导波检测,确定基于相轨迹识别的系统检测参数。利用ANSYS有限元软件和搭建的超声导波实验平台分别进行数值模拟和实验,获得超声导波在含有不同损伤大小的6m长的双裂纹管道中传播的数值模拟信号和实验信号,并在数值模拟信号中添加一定的高斯白噪声,用以分析噪声对混沌系统的影响。利用选取的杜芬混沌系统检测数值模拟信号与实验信号并进行对比验证,最后根据二分法确定缺陷位置。检测的相轨迹结果表明,该杜芬系统能够有效地免疫噪声并识别管道中的双裂纹小缺陷,并且提高了超声导波检测的灵敏度。     

电磁超声单向表面波对铝板微小缺陷的检测

电磁超声表面波被广泛用来检测表面或近表面缺陷。双向表面波电磁超声换能器(ElectromagneticAcoustic Transducer, EMAT)会在两侧同时产生能量较低且均衡的超声波,而微小缺陷(缺陷深度远小于表面波波长)的反射信号非常微弱,易被噪声淹没,根据回波信号,难以识别和定位缺陷。为此基于惠更斯叠加原理设计了单向表面波EMAT,对其声场进行了有限元分析;研究了增强侧表面波遇到不同缺陷的响应特性,得出缺陷深度、角度与反射波幅值的关系;并对含不同微小缺陷的铝板进行了实验研究。仿真和实验结果表明,所提方法提高了表面波检测微小缺陷的灵敏度,并实现了缺陷位置及深度的量化。     

基于Duffing系统的微弱超声导波幅值检测方法研究EI北大核心CSCD

针对超声导波检测小缺陷时,缺陷回波能量微弱,幅值难以准确识别的问题,提出了一种基于Duffing系统混沌相变特性的检测方法,重点分析了超声导波周期数对等价驱动力幅值的影响,给出了等价驱动力改变量与导波幅值之间的量化关系。首先,通过分岔分析获得了Duffing系统的混沌阈值,详细介绍了基于混沌相变特性的幅值检测方法;然后,通过仿真研究验证了检测方法的可靠性;最后,开展了含缺陷管道的超声导波检测试验研究,利用该方法检测了缺陷回波幅值,并将检测结果与理论值进行对比。结果表明,该方法具有较强的噪声免疫性与弱信号敏感性,最小可以识别截面损失率为6.4%的小缺陷回波幅值,最大相对误差仅为-7.31%,这对于在强噪声干扰的背景下评估缺陷大小具有重要意义。     

光纤布拉格传感器兰姆波检测的反射谱分析

传统的兰姆波多采用压电陶瓷换能器激发和接收。建立了新的超声兰姆波无损检测系统,其基本思想是采用布拉格光纤传感器作为兰姆波的接收器。光纤光栅传感的基本原理是通过检测光栅反射的中心波长移动实现对外界参量如超声的测量。超声作用下光纤光栅的反射谱发生变化,对超声作用下光纤光栅的反射谱变化进行了数值分析,结果表明,超声对光栅反射谱的影响与超声波长与光栅长度的比值是高度相关的。只有当这个比值相当大时,反射谱的形状才不会变化而中心波长发生偏移,此时光纤传感器可用来探测兰姆波。这个结论为利用新的兰姆波无损检测系统在布拉格光栅长度的设计和兰姆波波长的选择方面提供了有用的工具。     

传输线反射的理论分析

信号完整性是指信号在信号线上的质量.信号完整性问题由多种因素引起,归结起来有反射、串扰,过冲和下冲、振铃、信号延迟等,其中反射和串扰是引发信号完整性问题的两大主要因素.从反射形成机理、反射对信号的影响、端接电阻匹配方式等几个方面介绍反射的形成和性质,并说明应如何减小和避免传输线中的反射.     

基于递归分析的微裂纹缺陷超声检测技术研究

为准确检测金属构件微裂纹缺陷,采用超声脉冲反射法对金属试块进行检测,并提取超声背散射信号进行分析。通过对背散射信号进行简单的建模,说明其组成要素。由于背散射信号的非线性特征,缺陷回波信号会对系统的递归特性产生影响;在此基础上提出了基于递归分析的方法分别对含人工微裂纹缺陷金属试块的无缺陷区、单裂纹区及双裂纹区背散射信号进行检测研究;通过合理的参数选择,对采样信号进行递归分析并绘制递归图;对比含缺陷信号与无缺陷信号,发现前者会在递归图中产生明显的白色交叉条纹带。使用递归定量分析进一步研究了含缺陷背散射信号的递归特征量。结果表明多种特征量对缺陷回波信号比较敏感,其中递归率(RR)和捕获时间(TT)在缺陷位置有明显的特征。     

圆柱类金属构件表面裂纹的激光超声识别方法研究

为了利用激光超声技术有效地识别圆柱表面裂纹,提出利用圆柱表面波信号增强和小波包-奇异值分解(WPT-SVD)方法识别圆柱类金属构件表面裂纹的位置和深度。建立了圆柱的激光超声显式有限元模型,分析了圆柱表面裂纹对表面波的模式转化作用。利用圆柱表面裂纹在激发源位置附近时激光超声扫描信号增强的现象,识别圆柱表面裂纹的位置。在已识别圆柱表面裂纹位置的基础上,通过分析圆柱表面裂纹检测信号的时频特点,利用WPT-SVD提取圆柱表面信号的时频特征,定义参数k r表征裂纹深度的变化,识别圆柱表面裂纹深度。搭建了激光超声圆柱表面裂纹检测实验系统,开展了实验研究,实验结果表明所提出的圆柱表面信号增强和WPT-SVD方法可以识别出圆柱表面裂纹的位置和深度。     

大型超长贮箱立式泄漏检测技术研究

针对新一代运载火箭大型超长贮箱氦质谱泄漏检测的需要,本文提出了立式检漏的工艺方法。针对立式检漏中可能存在的由于高度差及重力因素产生的气体分层问题,本文从理论分析和模拟试验验证两个方面分别开展了深入研究。通过理论和试验的对比表明,大型超长贮箱立式检漏时不会产生明显的氦气分层,由分层造成的漏率测量误差可忽略不计,立式泄漏检测技术具备工程应用的可行性。     

基于LFM的橡胶脱粘超声检测方法研究

针对SYS510e型空气弹簧底板的金属橡胶粘接结构橡胶脱粘缺陷超声检测难以辨识问题,提出采用改进的线性调频脉冲代替传统窄脉冲作为超声波激励信号,增大超声检测的信号能量和频谱宽度。在宽频带超声检测的基础上,采用小波包-奇异值分解方法解析超声回波在不同粘接状态、不同频率范围的时频能量分布,提取更稳定、一致性更好的橡胶脱粘辨识特征值。根据特征训练BP神经网络对空气弹簧的橡胶脱粘缺陷进行超声C扫描检测。结果显示,基于改进的线性调频脉冲激励的超声检测方法能够准确有效地辨识橡胶脱粘缺陷的位置和轮廓,满足对SYS510e型空气弹簧的超声脱粘检测需求。     

基于聚类分析的航天继电器多余物检测方法研究

以往的航天继电器多余物检测算法不能有效的去除可动组件固有振动信号的干扰,难以保证判别结果的准确率。依据固有振动信号的周期性和微粒信号的随机性,提出了一种基于聚类分析的多余物检测方法。运用三门限端点检测算法,识别出信号脉冲,从而选取脉冲中心位置、脉冲起止时刻和脉冲个数3个特征参数。采用基于改进的k-平均聚类分析法对脉冲序列进行分类,计算其标准差作为是否存在多余物的主判别依据,并对信号脉冲序列数据集相位和次数表示于二维平面内,以其密度分布作为辅助判别依据。试验验证表明,该方法可以有效判别航天继电器是否存在多余物微粒,并对其它密封电子元器件和电子装置的多余物检测具有一定的借鉴意义。     

强离心场下旋转型行波超声电机定子动力学分析与试验

研究了强离心场下旋转型行波超声电机定子的动力学特性,分析了离心刚化效应对定子的影响。通过计算离心力做的功(或称为离心势能)推导出因离心刚化效应引起的附加刚度矩阵,进而得到强离心场下定子的特性矩阵(包括质量矩阵和刚度矩阵),求解得到定子的模态参数;并根据压电陶瓷的孤极区反馈的电压信号,确定了高旋环境下定子的固有频率;总结了强离心场下超声电机定子动力学特性变化规律,给出了高旋环境下超声电机的驱动控制应对策略,为高旋环境下超声电机的应用奠定基础。     

基于超声的注塑成形在线监测技术

目的 在传感器与熔体不接触的条件下获取注射成形过程中熔体流动固化收缩等准确信息。方法 基于超声传感技术,建立适用于塑料注塑成形过程的超声监测系统,通过超声探头采集型腔中某点的超声反射信号强度,结合压力传感器数据与有限元仿真结果对超声信号特征峰值进行分析,并在不同注塑压力、速度、冷却时间等工艺条件下进行多组实验。结果 超声信号特征峰值能够精确感知注射成形过程中熔体流动前沿到达、型腔充填完成、V/P转换、冷却收缩等型腔内实时信息。结论 与压力传感器等技术手段相比,通过超声技术可在与熔体不接触的条件下获取型腔内熔体演变的更多信息。     

45号钢受热损伤的超声非线性检测实验研究

45 steel is a common material for parts manufacturing, and it is important to study its thermal damage detection for parts failure assessment.Here, in order to study ultrasonic nonlinear effects of 45 steel with different degrees of thermal damage, specimens with different degrees of thermal damage were made.Ultrasonic nonlinear detection tests were conducted for specimens using the RAM-5000 system made by RITEC company to obtain relation curves between ultrasonic nonlinear coefficients and heating temperature.These curves were deeply analyzed combining with the material’s metallographic microstructure evolution laws.Results showed that the ultrasonic nonlinear coefficient of 45 steel firstly increases, then decreases and increases again with increase in heating temperature;when heating temperature reaches 600 ℃, the ultrasonic nonlinear coefficient begins to increase; when temperature reaches 800 ℃, itreaches the peak value;thenit drops sharply, this is consistent with the coherent strain state of 45 steel between 700-800 ℃; finally, it at 1 300 ℃ rebounds slightly;the correlation between variation of ultrasonic nonlinear coefficient of 45 steel and its metallographic microstructure varying provides atest basis for the ultrasonic nonlinear detection of 45 steel thermal damage and the evaluation of its metallographic microstructure change.     

叶轮空蚀状态下离心泵振动特性分析

空蚀是指空化过程中产生的空泡溃灭引起过流表面材料损坏的现象。为研究离心泵叶轮空蚀后的振动信号特征,选用IS-50-160-00单级单吸离心泵为试验对象,基于虚拟仪器技术搭建试验泵系统。测得离心泵空蚀条件下的振动信号,采用均方根(RMS)分析、峭度(K)分析两种统计方法对发生空蚀后的离心泵振动信号的平均能量、冲击波能量进行分析,采用短时傅里叶变换(STFT)分析了振动信号的时频域特性。分析结果表明:空蚀条件下整体来看基座方向和轴向方向振动幅值较大且都是无规则振动,而横向方向和纵向方向上的振动信号振幅相对较小;振动信号的能量随着流量的增大呈现先减小后平稳再增加的趋势,空蚀增加了振动信号的能量值;空蚀加剧了液体对离心泵的冲击使得振动信号峭度值增加,且基座方向峭度值大于3可作为空蚀故障的诊断参考标准;通过时频谱分析可知空蚀发生后流体可能对离心泵存在冲击波及冲击波导致的脉冲信号,且空蚀后产生了高频振动信号,高频带的振动信号可为离心泵空蚀故障诊断提供参考。研究叶轮空蚀后离心泵振动信号的特征有助于及时发现离心泵空蚀故障的发生,从而调整运行参数,以免造成严重后果。     

基于动态可变阈值的低功耗单声道气体超声波流量计

为克服气体涡轮流量计存在压损和需定期校准的缺点,研制了耐高压低功耗单声道气体超声波流量计.针对换能器因阻抗不匹配造成的回波信号质量差的问题,分析了回波信号的特征,提出了动态可变阈值和过零检测的数字信号处理方法.该方法可精准定位回波信号特征点.研制了以STM32为核心的低功耗气体超声波流量变送器.变送器采用了新的激励方式...     

基于Lyapunov指数的管道超声导波小缺陷定位实验研究

为了提高超声导波检测长距离管道中小缺陷的检测灵敏度,提出了基于杜芬方程最大Lyapunov指数的超声导波损伤定位方法。依据管道超声导波实测信号的采样频率、中心频率以及杜芬方程特性,设置检测系统参数,将待测信号作为杜芬方程外策动力扰动项输入杜芬方程中。通过比较杜芬系统在无信号输入和输入实测导波信号后,最大Lyapunov指数随策动力幅值F的变化,确定可用于识别导波信号的F值。利用移动窗函数给出了缺陷超声导波的波到时刻识别方法,从而给出了缺陷定位方法。实验研究表明,利用最大Lyapunov指数可有效提高超声导波的检测灵敏度。