电磁超声法测量结构内部温度场的试验研究

为实现结构内部温度场的无损、实时与高精度探测,研究设计一种可非接触式测量的电磁超声测温原理性试验系统。通过检测超声波回波信号在结构内部传递过程中波速的变化,根据热/声耦合理论,采用基于灵敏度法的温度场重建技术实现了对超声传播路径上温度非均匀分布状态的测量。基于钢试件的标定试验、稳态传热试验和瞬态传热试验,对超声测温系统及灵敏度测温方法的可靠性和准确性进行了试验研究。试验结果表明,采用灵敏度法的超声测温技术,结合无损非接触式探测的电磁超声方法,能够有效测量结构内部稳态/瞬态温度场分布状态,具有重要的工程应用价值。     

电磁超声横波检测钢板减薄缺陷的有限元分析

电磁超声换能器(EMAT)在试件中激发的横波(剪切波)能够应用于试件厚度和内部缺陷检测,为了研究电磁超声激发横波的机理,采用有限元分析的方法,对其进行仿真分析。通过建立EMAT三维模型,进行电磁学耦合计算,获得被测试件表面磁场、涡流、洛伦兹力的分布规律,显示了EMAT激发横波的机理过程,为电磁超声换能器的设计提供参考;通过电磁学与动力学的耦合计算,获得横波在试件厚度方向的传播规律,结果表明,横波在试件中沿厚度方向传播,并且能量呈衰减趋势;对含缺陷钢板进行结构动力学分析,发现当波传播遇到缺陷时波动发生明显的改变和衰减,得出EMAT激发的横波可用以检测试件底面减薄缺陷,并通过试验验证提出横波检测缺陷时定量缺陷深度的方法。     

燃气管道腐蚀缺陷电磁超声检测方法

电磁超声可用于燃气管道的内检测,但外部的腐蚀缺陷会影响厚度检测。为了研究腐蚀形成的斜面缺陷对电磁超声测厚的影响,分析了横波在斜面试件中传播和反射,发现使用横波电磁超声换能器进行斜面测量中误差产生的原因为横波的到时差异,并用基于COMSOL的有限元模型对换能和测厚过程/进行仿真,最后通过缺陷钢板的实验验证分析的结论。研究发现在小倾角的斜面缺陷情况下,测得厚度偏大;斜面越陡,误差越大。     

面向高温管道壁厚测量的双模态电磁超声换能器研究北大核心CSCD

文中分析了高温管道温度对横、纵超声波传播特性的影响。提出了一种可同时激发横波和纵波的高温双模态电磁超声测量方法,设计了具有风冷和水冷结构的换能器,优化了线圈结构和磁路,制作了换能器。通过对45钢钢管的横、纵波高温测厚实验发现当温度为650~750℃时纵波信号明显,当温度为550~650℃时存在横、纵波模态混叠,当温度为550℃以下时横波信号明显。实验结果表明双模态换能器可通过纵波实现温度为750℃时钢管的壁厚测量,与横波换能器相比提高了高温检测能力;同时可利用横波解决波对室温和中高温下铁磁性材料的检测信号差的问题,避免了对不同温度或材料的试件进行检测时需频繁更换探头,拓展了高温电磁超声换能器在不同温度下检测的通用性。     

基于电磁超声技术的高强度螺栓轴力测量仪

基于电磁超声技术,研制了一款手持式高强度螺栓轴力测量仪,具有非接触、无需打磨、无需耦合剂和实时测量的特点.设计了可同时激发横波和纵波的电磁超声探头,实现了双波法轴力测量,能够解决在役螺栓长度未知的问题;设计了基于FP GA的高频大功率脉冲发射模块和低噪声信号调理模块,实现了电磁超声探头的激励与超声信号的接收;设计了基于...     

钢球平底孔超声直探头接触法检测研究

针对钢球内部缺陷的检测问题,对超声直探头接触法进行钢球内部缺陷检测的机理展开研究,并采用人工平底孔作为试验对象及评价方式。首先,探究了钢球回波信号中三角形迟到波的声束传播路径,并找出三角形迟到波的出现位置相对于底波的固定比例关系,避免检测中的误判。然后,对不同深度人工平底孔进行试验,结果表明:直探头接触法可有效检测钢球平底孔,其回波信号的信噪比达到12 d B,且随着平底孔深度的不断增加,回波信号的幅值逐渐增大,回波与底波之间的相对声程可描述平底孔的深度值。最后,通过分析圆盘声源轴线上的声压分布,提出了钢球平底孔回波声压的理论计算方法。     

薄油膜厚度分布超声测量机制研究

为了测量机械设备中的薄油膜厚度分布,对超声测量薄油膜厚度分布的方法进行了理论研究。基于声波在三层介质中传播的相关理论,对中间层油膜厚度远小于油膜中入射声波波长的情况,结合具体边界条件,建立斜入射时超声波在三层介质中传播的反射系数弹簧模型,获得反射系数和油膜刚度的函数关系,进而由刚度获得油膜厚度;分析超声波入射频率、入射角度和油膜厚度对反射系数的影响规律,通过测量油膜中各点的反射系数即可获得相应点的油膜厚度,实现油膜厚度分布的测量。     

基于超声波的结构内部温度场重建方法研究

针对在工业应用中对结构内部温度场无损测量的需求,以超声测温机理和热传导理论为基础,提出一种一维稳态结构内部温度场的重建方法,并且设计一套微秒级超声声时测量的超声测温系统以验证此方法的可行性。根据所提出的结构内部温度场重建方法,分别进行超声声速与温度的标定试验和结构内部一维稳态非均匀温度场的重建试验,测量了结构试样在单边受热过程中的超声声时,构建了结构试样底面在100℃、150℃、200℃加热,上表面15℃水冷情况下的内部温度场分布,并且系统分析冷端边界条件、标定方程、热扩散系数、热膨胀等因素对重建效果的影响。结果表明:本方法能够实现结构内部一维稳态温度场的重建,并且在对于温度梯度明显的区域具有较好的重建精度。     

曲面构件斜入射SV波EMAT辐射声场特性分析

为了解决曲面构件的凹凸检测面的曲率半径对斜入射垂直剪切波(SV波)电磁超声换能器(EMAT)的缺陷检测分辨率/灵敏度和定位/定量偏差影响这一问题,建立了基于圆弧曲面(凹面和凸面)检测面的斜入射SV波EMAT辐射声场有限元模型,研究了曲折线圈匝数、弧面曲率对斜入射SV波的主瓣峰值、主瓣宽度、主旁瓣比和入射角的影响,并对仿真结果进行实验验证。结果表明,当曲折线圈匝数相同时,凸面检测面的SV波幅值相比于平面检测面提高34.8%以上,主瓣宽度减小43.8%;当曲折线圈匝数由10匝增至30匝时,凸面检测面的SV波幅值提高42.3%,主瓣宽度减小43.6%;凸面检测面的SV波声场特性均优于平面和凹面;曲面曲率半径对斜入射SV波主瓣峰值、主瓣宽度和主旁瓣比有显著影响。     

入射角对跳弹现象影响的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA3D有限元分析软件,选择适当的弹丸和土壤材料参数建立了弹丸侵彻靶板的有限元实体模型,在同一初始入射速度条件下,对弹丸不同入射角斜侵彻半无限厚土壤靶进行了数值模拟.结果表明当入射角不大于75°时不能出现跳弹现象,当入射角由小变大时,弹丸从侵入靶板演变为出现跳弹现象,随着入射角的增大,越容易产...     

多路温度测量系统在室温控制中的应用

温度控制一直是一个很重要的控制对象,由于控制对象的大滞后性等特征,因此对温度的精确控制及处理也是一个难点。本设计以温度检测为研究对象,通过合理利用数据采集技术和无线通信技术,提出了基于单片机与无线传输模块为核心的多路温度测量系统,并对该系统的硬件与软件进行了较为全面的理论设计。本系统着重论述了温度数据的采集、转换、无线通信、数码显示等电路设计环节,并利用C51软件对系统各个环节进行程序监控。通过本系统的设计,较好的实现了温度检测的智能化和数字化要求,并能够产生较好的实际应用价值及经济效果。     

高温应变片在高温下的性能特性

近十几年来,高温称重传感器在冶金工业部门的应用越来越普遍。但是,由于高温称重传感器所用的高温应变片和高温胶粘剂等的特殊性,在制作过程中必须经繁杂的处理和测试工序,使产品生产效率降低、成本提高。人们试图改变这种状态,但是由于有关高温应变片在高温下性能的系统资料甚少,给工作带来不少困难。为了增加人们对传感器用高温应变片的了...     

红外高发热精密探测器中恒温控制模块设计

为了提高红外探测器在实际工作中的性能和稳定性,设计了一种针对高发热红外精密传感器的自动调节探测器外围温度的装置。该装置利用C8051F350单片机对半导体制冷片进行制冷、制热和不同功率运行的控制,保持探测器外围温度的稳定。通过PID算法编程,结合多点测量实现环境温度的均匀性和稳定性。实验结果表明,在一天的工作时间内,该装置可使探测器外围的温度控制在20℃,控制精度为±0.5℃,显著提高了探测器的性能。     

近室温样品加热炉温度的模糊PID控制研究

根据红外隐身材料光谱发射率测试方法的要求,提出了一种基于半导体制冷器的近室温样品加热炉系统。在对加热炉系统特性进行分析的基础上,建立了基于模糊PID控制的系统仿真模型。经仿真及实验可知,在加热和制冷条件下,实际温度与设定温度之间的误差分别为±0.20℃和±1.00℃。结果表明,系统稳定性好,响应时间短,解决了近室温样品加热炉抗干扰能力弱、不易控制等问题。     

SLS预热温度场温度补偿研究

由于预热粉床的温度分布不均匀,很难获得强度、精度较高的烧结制件,针对以上问题,提出了通过温度补偿改善预热粉床的温度分布不均匀对激光烧结成型制件质量的影响,通过温度补偿调节粉床的温度分布,从而提高了烧结制件的质量,并对粉床温度场进行有限元模拟。研究结果表明,增加热源的方式对预热粉床进行温度补偿可以明显改善温度场;通过试验获得了温度补偿的最佳工艺组合。     

Reduction of temperature fluctuation within low temperature region using a cryocooler

Modeling and experiments are performed to decrease temperature fluctuation generated by the periodic motion of the displacer in a Gifford-McMahon (GM) type cryocooler within the low-temperature region. The one-dimensional heat equation allows us to show that thermal diffusivity is an essential factor to achieve much smaller temperature fluctuation, and fiber-reinforced plastic (FRP) with low thermal diffusivity makes it possible to reduce the temperature fluctuation dramatically. Based on the model, experiments are performed to vary the thickness of two FRP dampers, on the cryohead of the cryocooler and on the sample stage. As a result, the FRP dampers enable us to achieve the temperature fluctuations of only 0.7 mK, corresponding to a standard deviation of 0.25 mK, when the sample stage is maintained at 4.2000 K, even if a GM cryocooler is utilized for cooling the temperature, which introduces an initial temperature fluctuation of 282 mK at the cryohead.     

高温环境下微悬臂梁谐振频率温度特性及测试技术研究

对单晶硅微悬臂梁在高温环境下的动态特性进行了理论分析,研制了高温环境下的MEMS动态特性测试系统,采用压电陶瓷作为底座激励装置的驱动源,设计了一个可动的机构,解决了压电陶瓷在高温环境下使用的难题;通过激励装置进行冲击激励,使用激光多普勒测振仪对微悬臂梁的振动响应进行检测,对微悬臂梁受冲击后的时域信号进行分析,获得微悬臂梁的谐振频率。利用研制的高温环境下MEMS动态特性测试系统,在室温至300℃的温度环境下对单晶硅微悬臂梁的动态特性进行了测试,结果表明随着温度的升高其谐振频率会有轻微的减小,验证了理论分析的结果。     

小型恒温箱温度检测控制系统设计

该文以AT89S52单片机为控制器核心,采用数字温度传感器和半导体制冷片,采用变速积分PID算法,使小型恒温系统达到较高的恒温要求。     

自适应环境温度变化的压力式温度仪表的研制

针对如今的市场对压力式温度仪表的精度和操作简洁性有了更高的要求,提出了一种毛细管补偿方法来解决环境温度变化对压力式温度仪表精度的影响。该补偿的原理是在测温系统中置入一个反向偏转机构,反向偏转机构连接一根新增的毛细管,当外部环境温度变化时引起毛细管中感温介质的压力变化,压力变化通过反向偏转机构带动指针的偏转来实现反向补偿。通过传动机构与弹簧管理论分析证明该补偿机构的有效性,并经实验对比了带补偿机构与无补偿机构测温仪表的测量误差,分析得出带补偿机构的温度仪表能使测温仪表的精度得到较大的提高。