基于声学相位共轭理论的管道裂纹检测

将声学中相位共轭理论引入到管道裂纹检测中以实现声源信号的重构聚焦,对传统的超声导波无损检测中相位畸变、图像模糊等亟待解决的关键性问题进行改进。利用压电陶瓷(PZT)材料作为传感器,构建了一套管道裂纹的检测系统,验证相位共轭理论用于管道检测的可行性。通过在管道一端,利用PZT传感器,用对称加载的方式激励经过窗函数调制的五峰波信号,利用接收传感器提取信号,然后进行相位共轭处理再激励,从而实现信号的重构聚焦。试验结果表明,用超声导波信号的相位共轭法,可以实现信号的聚焦增益,提高了声波信号在固体介质中的信噪比,在管道的周向裂纹试验中得到了验证,对于超声导波在管道缺陷的识别和精确性的提高具有明显的改进作用。     

薄板涂层结构镍镀层声学特性检测与弹性常数反演表征方法研究

针对表面涂层技术应用中薄板涂层结构材料弹性常数声学表征无损检测方法开展理论和试验研究。基于声学显微镜技术,利用自主研制的宽频线聚焦探头和非常规小尺寸材料超声无损检测系统,进行小步距(20μm)精确散焦测量和大数据量回波信号(601组)数据采集;采用V(f,z)分析方法获取薄板涂层结构材料的试验频散曲线;结合涂层结构材料声波传播特性分析及理论建模结果,改变纵波波速和横波波速获得不同的理论频散曲线,通过理论频散曲线与试验测量结果的曲线拟合,获取涂层材料声波波速,进而反演材料的弹性常数(如泊松比和弹性模量)。多厚度镍镀层试验测量结果与理论值相吻合,表明测量分析方法可行、结果可靠。该研究成果为涂层材料力学性能无损检测和质量评价奠定了基础。     

非线性超声混频检测技术在无损检测中的研究进展

作为新兴的无损检测手段,非线性超声混频检测技术因其具有空间选择、波形转换、频率可选、方向可控等独特优势,近年来得到了广泛的关注。该技术是利用两列波在介质中的非线性相互作用特性,实现对材料力学性能的无损检测。研究表明,非线性超声混频检测技术可有效检测出诸如材料塑性变形等早期力学性能退化情况,并能实现对缺陷的定位。由于该技术对材料损伤检测的独特优势,近年来国内外许多学者做了大量研究工作,并取得一系列成果。但目前对该技术的综述性工作还相对较少。为更好地理解非线性超声混频检测技术,从共线混频检测和非共线混频检测两个方面,综述该技术在材料无损检测领域中的研究现状及进展,阐述国内外学者对该技术的研究成果。对该技术的发展趋势进行展望,期望为后续非线性超声混频检测技术的进一步研究和应用提供参考。     

非线性无损检测技术的研究、应用和发展

对材料和结构进行无损检测和评价在其全生命周期中非常重要.超声检测是一种重要方法,但传统线性超声观察时域信号,受波长等因素所限,对于微缺陷、微裂纹以及如粘接、分层等界面缺陷不敏感,同时对于金属疲劳等力学性能退化尚缺乏有效评价手段.近年来,基于超声的非线性效应,如高次谐波及次谐波的产生、波束混叠以及谐振频率的改变等而发展的非线性超声无损检测和评价方法主要从频域分析信号特征,进行缺陷判别,对于克服传统超声的不足具有积极的意义,是传统线性超声检测手段的有效补充.从由不同的声学非线性效应而衍生的检测方法出发,介绍非线性超声无损检测技术的研究和发展现状,总结其中的关键技术和问题,并对未来发展做出思考.     

基于DSP的大电机线圈内部缺陷无损检测系统

在电机制造厂的大型电机线圈绝缘体发空的检测中,采用的是人工的"听声法",人为因素较多.文中根据大型电机无内部缺陷线圈与有内部缺陷线圈声学特性的差异,设计出一种基于TMS320F2812 DSP的大型电机线圈无损检测系统.该系统包括了敲击系统、信号检测系统和DSP系统.通过对所设计的硬件电路进行模拟仿真和局部硬件测试,完成了硬件平台的开发,并开发了相应的应用软件,使系统基本上能实现线圈的内部缺陷在线无损检测.     

基于声学特性的苹果无损检测方法

本文提出一种以检测苹果受敲击后所发出声音的频谱特性为手段对果品品质进行评价和分类的无损检测方法,并用该方法对苹果进行声学测定试验。发现随着存放时间的延长苹果受敲击发声的频谱峰值逐渐减小,而质量越小的苹果受敲击后发出声音的基频越低。实验结果证明,基于声学特性对苹果进行无损检测的有效性和可行性,对几种常见水果的声学特性比较试验说明该方法可以作为水果品质检测。     

复合材料形成的超材料柱体在空气中的声聚焦效应

基于超材料的声聚焦效应在医学、声学、信号检测等领域具有广泛的应用前景.本文设计了一种用于声学聚焦效应的声学超材料柱体,它是一个特殊的圆柱形声学超材料,其结构由三层复合材料(硅溶胶、软木和流体橡胶)形成.当声波在空气中传播遇到这个超材料时,就会在超材料中产生特殊的聚焦现象.通过对这些奇怪的现象进行理论分析和研究,结果表明,当入射声波的频率增加时,聚焦极点外侧的外围带的数量会周期性地增加.此外,有大量的多极聚焦现象会在高频声波中入射时出现.理论分析和实验模拟表明,这种声学超材料的设计是成功的,可用于声学通信和测试等领域.     

激光全息照相、红外线、微波在无损检测中的应用

随着宇航工业及其它新兴工业的发展,许多开发性工艺技术应运而生。胶接结构、蜂窝结构、复合材料、晶须材料出现和大量工程应用,对测试技术提出了新的要求,本文仅对激光全息、红外线、微波在无损检测领域中的应用作一综述。一、激光全息无损检测1.激光全息无损检测的基本原理本方法实质上是一种微差变形干涉计量技术。它是利用激光具有高度空间相干和时间相干的特性,采用两次曝光(也可用实时法,时间平均法)去推断被检材料内部缺陷的一种新技术。其基本原理是:在     

轴类镀层结构材料力学性能声学表征方法研究

针对轴类镀层结构材料力学性能无损表征方法开展理论和实验研究,对于表面工程的质量检测与评价具有重要意义。利用自主开发的超声显微测量系统与PVDF线聚焦探头,对不同厚度的轴类镀层材料进行散焦测量。针对轴类试件表面波传播路径与散焦距离的非线性关系,分析了线聚焦探头几何尺寸与散焦距离和试件轴径间的匹配关系,优化检测参数,并在V(f,z)分析法的基础上,采用相位相关分析法获得轴类镀层材料的实验频散曲线。结合镀层材料声波传播特性,采用基于模拟退火的粒子群优化算法(PS-B-SA)将理论频散曲线与实验频散曲线相拟合,反演轴类镀层结构材料的声学参数,进而表征镀层材料的弹性常数。多个不同厚度轴类镀层结构材料弹性常数及镀层厚度的反演结果与实际值相吻合,表明该测量方法可靠、结果准确。该研究成果为轴类镀层结构力学性能无损检测提供了技术手段,也为工程材料表面工程加工性能的评价提供了新方法。     

铝合金薄板疲劳裂纹的非线性声学特性

在没有任何损伤的铝合金薄板中,主要表现为原子间的非线性,以至于非线性声学特征不明显并很难测量;然而当铝合金薄板中出现疲劳损伤时,将产生明显的非线性声学特征,这对于识别铝合金薄板中的疲劳损伤十分有利.推导超声波在含有疲劳裂纹的固体金属中传播时非线性声学特征方程.利用非接触激光测振仪、任意波形发生器、数字示波器和计算机等组建铝合金薄板疲劳裂纹试验系统,并以含有疲劳裂纹的2024铝合金薄板为研究对象,利用该系统,在单频超声波即中心频率为270 kHz激励下,对超声波在2024铝合金薄板中传播的非线性声学特性进行试验研究.结果表明,高次谐波可作为表征疲劳裂纹或缺陷的特征量.根据不同点的扫描结果,获得时域峰值幅度和频率幅度与扫描位置之间的关系,由此可大致确定疲劳裂纹的位置.     

三维闭声场主动声学控制理论与应用

介绍了三维封闭声场主动声学控制的基本理论及应用。在封闭的三维声场内,通 过优化人为施加的次级声源强度可使其声势能达到极小,实际应用中可利用有限个 离散点的声压平方和来逼近其声势能。应用这一理论成功地在一封闭房间内进行了 控制实验。     

Shape optimization of acoustic lenses for underwater imaging

Shape optimization of two-dimensional lenses for acoustic cameras used in underwater acoustic imaging is presented. To understand elastic shear wave effects of a lens on the pressure field of the medium, we couple two physics models, namely a pressure acoustics model and a linear elastic model and formulate it in the finite element analysis framework. As a result, the focal length of a lens is calculated to be longer than that in the absence of shear effects. The accuracy of our model is tested against experimental results, and compared with finite element analysis of a single physics model as well as the hybrid method - a method using geometrical acoustics and wave acoustics. Pressure at the focal point is optimized using geometric parameters for lens surfaces as design variables. Performance differences due to temperature change or obliquely incident waves are controlled using design constraints. The effectiveness of our optimization formulation is verified by solving single- and dual-lens design problems.

     

圆柱形谐振管内非线性驻波的有限体积计算方法

提出一种用于求解圆柱形谐振管内非线性驻波的有限体积计算方法。谐振管内初始为自由状态的流体被整体谐振激励,当激励频率与谐振管内声场固有频率一致时,谐振管内将产生非线性驻波。建立整体振动条件下谐振管内瞬态可压缩热粘性牛顿流体的一维Navier-Stokes模型方程的积分方程;在时域上,通过SIMPLEC方法(以压力为基础的有限体积法)和交错网格技术推导出离散化代数方程组,并进行求解。当谐振管内的流体为R-12气体,在整体振动的条件下,利用提出的方法对谐振管内的非线性驻波进行求解,通过与现有文献中伽辽金方法的计算结果进行对比,所得到的非线性驻波声压在波形和幅值方面都与这些结果非常吻合,从而验证了该方法的可行性。得到谐振管左端处的绝对压力波形、温度波形和声压频谱响应等物理特性分布;同时得到谐振管内不同位置处的速度变化,发现在谐振管两端出现了速度钉状波形;有限体积计算方法为解决强声密封的非线性驻波的数值计算奠定了良好基础。     

Measurement of Attenuation of Ultrasonic Propagating through the Thin Layer Media with Time Delay Spectrum

The ultrasonic attenuation coefficient is one of the most important acoustic parameters to character the performance of a thin layer media, but it can not be measured due to mutual superposition of multiple reflected waves at the same interface in ultrasonic testing. Ultrasonic pulse echo and lamb wave to evaluate the thin layer media can not obtain attenuation coefficient at present. In this paper, analytical method was used to study the acoustics characteristic of thin layer media with the ultrasonic echo testing. Meanwhile, the process of ultrasonic attenuation measurement was presented. Simulation and experimental investigation is focused on a thin layer of rubber. Attenuation coefficient was introduced and evaluation mathematics model was established by the two echoes cross-correlation with and without the thin layer media based on the time delay spectrum. It involved the parameters related to the acoustic properties of the thin layer media. Through calculating the sound velocity and acoustic impedance with the evaluation model, it can deduce the relation between the attenuation coefficient and the frequency. Through analyzing the simulation results, it indicated that the attenuation coefficients were invariable with the varying of the frequency. However, the attenuation coefficients increased with the frequency increasing by ultrasonic testing the thin layer of rubber. The reason was that the attenuation factor was not taken into account during the simulation. This method overcomes shortcomings that the traditional ultrasonic testing can not evaluate the thin layer media whose thickness is less than motivation wavelength. It is a new solution to study the attenuation characteristic and on-line nondestructive evaluation in the thin layer media.     

汽车声学包设计

对汽车声学包材料的选取做了系统的说明,同时介绍了汽车声学包的吸音隔音部件与钣金之间的配合关系,说明了运用声学包降低嗓声手段的重要性和可行性。     

基于LMS Virtual.Lab Acoustics的抗性消声器性能分析研究

运用声学有限元软件LMS Virtual.Lab中的Acoustics模块对具有内插管的抗性消声器内部声场进行有限元分析。通过划分消声器有限元网格、定义声学网格、前处理等一系列步骤对消声器的传递损失进行了理论计算,并且对比相关的有限元分析软件及实验结果,验证了声学有限元软件计算结果的准确性。为消音器的设计优化提供了理论基础。     

基于不同相控聚焦模式的非线性超声阵列成像方法研究

发展一种用于缺陷定位的非线性超声阵列成像方法。研究聚焦声场的时间-空间传播特点以及形成扩散声场的条件,分析并行聚焦和顺序聚焦的扩散声场声动能与非线性效应的关系,提出利用超声阵列在两种聚焦模式下激励带宽内(基波)声动能差值表征的非线性超声成像方法。进一步研究时延及时间窗宽对两种检测模式的扩散声动能及非线性成像的影响,优化出有效的非线性成像参数。结果表明:时延的选择对成像结果影响较大,时间窗宽的选择对成像结果影响较小;在一定时延范围内,均可以形成稳定的扩散声场,在该时延范围内可以较好实现微裂纹检测。利用提出的非线性超声阵列成像方法很好地实现了结构中微裂纹检测及成像。     

Acoustics Based Monitoring and Diagnostics for the Progressive Deterioration of Helical Gearboxes

Gearbox condition monitoring (CM) plays a significant role in ensuring the operational reliability and efficiency of a wide range of critical industrial systems such as wind turbines and helicopters.Accurate and timely diagnosis of gear faults will improve the maintenance of gearboxes operating under sub-optimal conditions,avoid excessive energy consumption and prevent avoidable damages to systems.This study focuses on developing CM for a multi-stage helical gearbox using airborne sound.Based on signal phase alignments,Modulation Signal Bispectrum (MSB) analysis allows random noise and interrupting events in sound signals to be suppressed greatly and obtains nonlinear modu-lation features in association with gear dynamics.MSB coherence is evaluated for selecting the reliable bi-spectral peaks for indication of gear deterioration.A run-to-failure test of two industrial gearboxes was tested under various loading conditions.Two omnidirectional microphones were fixed near the gearboxes to sense acoustic information during operation.It has been shown that compared against vibration based CM,acoustics can perceive the responses of vibration in a larger areas and contains more comprehensive and stable information related to gear dynamics vari-ation due to wear.Also,the MSB magnitude peaks at the first three harmonic components of gear mesh and rota-tion components are demonstrated to be sufficient in characterizing the gradual deterioration of gear transmission.Consequently,the combining of MSB peaks with baseline normalization yields more accurate monitoring trends and diagnostics,allowing the gradual deterioration process and gear wear location to be represented more consistently.     

钢板声发射时间反转聚焦增强定位方法

声发射检测方法具有实时动态监测优点,应用越来越广泛,但是对声源的定位始终没有更大的突破。在钢板声发射检测中,提出一种基于时间反转理论的声发射源准确定位的方法。由于声发射检测是一种被动检测技术,结合时间反转聚焦理论,推导出对声源信号实现时间反转聚焦增强处理方法,可增强检测信号中声源幅值,提高信噪比;然后根据声源信号到达时间推算出声源聚焦时刻,利用弹性波传播理论对传感器监测区域重建信号传播波动图,显示出声源位置和区域;最后通过实验测试对该方法进行验证,结果表明该方法能有效提高损伤声源信号的能量,对检测区域的信号重建和定位显示准确地给出损伤声源位置。     

Acoustics of the Annular Space of Producing and Injection Wells

A model of the propagation of an acoustic wave in the annular space of producing wells is proposed. The results of calculating echograms of the annular space as functions of well dimensions, the base frequency of the sounding pulse, and the liquid level are given. The developed theory, algorithm, and program of the calculations make it possible clearly to estimate the effect of different factors on the recorded echo signal parameters in the on-line regime and elaborate scientifically reasoned requirements for parameters of the equipment realizing the acoustic echo sounding method for detecting the liquid level in the annular space.