电磁声发射的实验与信号识别研究(英文)

电磁声发射技术是一种新型的无损检测技术,通过对金属部件进行电磁加载会在裂纹处激发出声发射信号,并利用这一现象实现对金属材料的无损检测。本文分析了电磁声发射技术的基本原理与实现过程,采用一种基于波形分析的神经网络模式识别方法,利用小波包变换提取出电磁声发射信号波形的识别特征参数,建立了由10个输入单元、18个隐含单元和单输出组成的人工神经网络识别系统。为了克服BP神经网络收敛速度慢的缺点,提出了一种输入单元数目可变的神经网络改进方法,实验表明该系统能够对有无裂纹板进行快速、准确的识别。     

电磁声发射技术在无损检测中的应用

电磁声发射技术是通过对导电部件进行电磁加载产生洛仑兹力,进而激发声发射效应,并通过此效应来进行无损检测.它可以定位薄金属板中微小的缺陷或裂缝,而且不需要完全加载,集合了电磁无损检测技术和声发射无损检测技术的优点.建立了电磁声发射的有限元模型,分析了试件在不同加载条件下的形变,对比了几个加载因素对电磁声发射的影响,并对试件进行了温升分析.在数值分析的基础上进行了电磁声发射实验,得到了电磁声发射信号,并对缺陷进行定位.     

电磁场无单元Galerkin方法中几个关键问题的研究

无单元Galerkin方法作为一种新的数值计算方法,只需节点信息,不需单元信息,从而摆脱了单元的限制,可用于有限元法不能有效解决的工程电磁场问题,如薄板问题、小气隙问题、运动线圈问题等．本文对无单元Galerkin方法的一些关键问题进行了研究,如强加边界条件的处理问题、介质交界面条件的处理问题、权函数的选取问题等,并给出了相关算例．     

基于小世界模型的流形学习算法

等距特征映射(ISOMAP)不仅计算复杂度很高,而且缺乏对新样本的学习能力。基于标志点的ISOMAP(L-ISOMAP)通过只保持一些标志点之间的测地线距离有效地降低了复杂度,然而标志点集的随机选择常常会导致较差的嵌入结果。为此,提出了一种基于小世界模型的流形学习算法。根据小世界模型的原理,该算法仅仅保持每个样本点与其k个最近邻和一些随机选择的远点之间的测地线距离,采用最速梯度下降法优化来得到数据的低维表示。理论分析表明,该算法的计算复杂度远远低于ISOMAP的复杂度。利用应力函数和剩余方差对3个算法进行了比较。实验结果表明,从该算法得到的结果与从ISOMAP得到的结果相近,且优于从L-ISOMAP得到的结果。同时,该算法可以实现对新样本的学习,对噪声也不太敏感。     

电磁超声激励系统阻抗匹配网络的设计

电磁超声换能器的换能效率低是限制电磁超声技术广泛应用的一个重要因素,如何提高换能器的换能效率一直都是电磁超声领域的研究重点。激励线圈作为激励系统中十分重要的一部分,其激励电流的大小决定试件表面产生电磁力的大小。但是,由于线圈和功率放大器之间存在严重的阻抗失调,使其流过的电流及获得的功率不是很理想。为此,根据电抗元件网络可精确实现调谐和变阻的特性,结合二进制的组合方式,设计了能够匹配多种频率线圈的电抗网络。该网络的接入可实现功率源和负载之间的最大功率传递,提高加载在线圈上的电流,为电磁超声激励提供较大的能量。仿真和实验结果表明:该匹配网络能在0.5~5MHz宽频率范围内有效地提高电源的输出效率,提升电磁加载的信噪比及转换效率,为电磁超声的后续研究奠定基础。     

电磁超声特征信号检测系统的设计

针对电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)转换效率低、信号微弱、信噪比低的问题,设计开发了包括电磁超声换能器在内的,由低噪前置放大器、宽带接收器以及基于虚拟仪器的正交锁相放大等构成的电磁超声检测系统。对比了传统EMAT结构与新的EMAT结构磁通密度的不同,通过提高偏置磁场的强度提高EMAT的换能效率;分析了前置放大器、宽带接收器、电磁超声换能器的频率响应特性;研究了相敏检波器中低通滤波器的阶数、滤波器类型以及截止频率对电磁超声回波信号检测的影响,并对铝板进行了缺陷检测实验。实验结果表明:该系统能够实现电磁超声信号的实时采集、分析和存储,同时能够提高信号的信噪比和分辨率。     

电磁声发射信号的压缩与重构处理

电磁声发射是一种新型的无损检测技术,其通过对金属构件进行电磁加载,在缺陷处产生声发射信号,根据信号特征对金属构件进行缺陷检测。针对该技术在测定缺陷位置和类型时连续多次加载而产生的大量数据问题,引入信号的压缩感知理论,基于正交匹配追踪算法分别对两种不同类型的声发射信号和电磁声发射信号进行压缩重构,选取不同的测量值,研究其对信号重构效率的影响,从波形和频谱两方面分析重构效果。实验结果表明:压缩感知理论能够达到压缩电磁声发射信号的目的,并且测量值和重构误差之间呈指数衰减关系,与重构时间呈线性增长关系,综合考虑压缩重构的各方面因素,当测量值取8~10倍的信号稀疏度时,电磁声发射信号能够获得较高的重构效率。     

基于大电流直接加载的电磁声发射试验

电磁声发射技术是一种新型的无损检测技术,对金属材料进行电磁加载会在裂纹处激发出声发射信号,利用这一现象可实现对金属缺陷的无损检测。本文对电磁声发射技术的实现原理进行了深入分析,设计了相应的电磁加载装置,搭建了电磁声发射试验平台,并针对铝质薄板试件进行了检测试验。通过对大量的试验采集信号进行能量和时频分析,研究了脉冲大电流的幅值、持续时间、电极加载位置以及加载历史等电磁加载参数的变化对于电磁声发射信号的影响规律,为该技术的工程应用打下了良好的基础。