基于圆形压电阵列的主动Lamb波损伤成像监测研究

对主动Lamb波结构健康监测中的压电阵列技术进行了研究。分析了传统的矩阵式压电阵列在应用中存在的问题,基于回声式原理研究设计了圆形压电阵列方法,分析了该方法的特点和信号采集过程,结合时间反转成像技术,实现对损伤的监测,实验结果表明:该方法能克服传统矩阵式压电阵列在应用中存在的监测范围、信号监测能力差异等问题,最后分析了圆形压电阵列还存在的问题。     

矩形压电片对Lamb波传感的方向性研究

矩形压电片被广泛用作超声Lamb波的传感器与驱动器。理论推导了矩形压电片对Lamb波（A₀模式）的传感灵敏度系数的函数表达式,同时对推导结果进行了实验验证。研究结果表明矩形压电片对Lamb波的传感具有很强的方向性。当Lamb波传播方向沿着矩形压电片长度方向时,矩形压电片传感响应电压最大。随着Lamb波入射角度的增大,响应电压幅值越来越小,当入射方向与矩形压电片长度方向垂直时,响应幅值达到最小。     

含金属芯压电纤维传感Lamb波方向性研究

含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型压电功能器件.阐述了基于小波变换的Lamb波能量因子计算原理,把MPF作为Lamb波传感器,分别采用幅值和小波变换能量因子的方法对MPF传感Lamb波的方向性进行了研究.研究结果表明:MPF对Lamb波的传感表现出很强的方向性.相比采用幅值表征的结果,采用能量因子进行传感方向性表征更...     

裂纹倾斜角度对非线性Lamb波二次谐波的影响

非线性Lamb波二次谐波法常用于检测板结构早期裂纹。针对板结构中不同倾斜角度裂纹的检测问题,采用有限元软件建立含裂纹接触非线性的铝板模型,分析了贯穿和非贯穿裂纹作用下非线性Lamb波二次谐波特性,定义二次谐波非线性系数,研究不同裂纹倾斜角度下二次谐波非线性系数的分布规律。分析结果表明裂纹接触非线性作用会使Lamb波产生模态转换,二次谐波非线性系数随着倾斜角度的变化在周向分布上具有明显的指向性,且与裂纹的贯穿形式密切相关。这将为板结构早期裂纹的非线性Lamb波谐波检测提供理论依据,有利于提高裂纹识别准确度。     

HHT在复合材料Lamb波检测中的应用

Lamb波信号是典型的非平稳非线性信号,根据无损检测的需要,采用改进的Hilbert-Huang变换（HHT）方法,克服了多模式Lamb信号间的相互干扰,消除了噪声影响。以带有缺陷的复合材料层合板为实验对象,结果证明：本方法能够有效分离信号中的各个固有模态函数（IMF）分量,通过各分量瞬时幅值的峰值回归直线,可准确地对缺陷尺寸进行分析与评估。     

应用应力波技术的蜂窝结构损伤监测

蜂窝夹层复合材料结构是复合材料在飞机上所采用的一种重要形式。文中采用基于压电元件的应力波技术对蜂窝夹层结构的脱粘损伤进行了监测研究,研究采用梁及板两种典型结构试件,并采用小波分析对应力波检测信号进行了数据处理,提取了两种可有效表征脱粘损伤的应力波因子,初步实现了一套蜂窝夹层结构损伤的实时在线监测系统。     

新型疲劳传感器设计与性能研究

基于经过特殊退火处理的康铜材料具有不可逆电阻疲劳载荷响应,用其作为疲劳敏感元件材料,但因制成的疲劳寿命计工作响应应变门槛值太高,设计了结构独特的弹性放大元件,两者组合构成的疲劳传感器灵敏度得到很大提高,满足了大型工程结构循环应力低、工作寿命长的寿命检测要求,从而达到对大型结构长期健康监测目的。通过试验,研究了该新型疲劳传感器的热输出特性和不同受力情况的放大系数变化,得到了传感器热输出和放大系数修正公式。所设计的疲劳传感器性能满足各种大型工程结构疲劳损伤监测要求,与其他疲劳检测方法相比,其测试精度、经济性和效率均具有明显优势。     

基于CRIO和无线传输的结构损伤主动监测系统设计

飞机结构损伤监测技术是确保其结构完整性、可靠性和安全性的关键技术。为了实现飞机大面积曲面结构的主动损伤监测，利用柔韧性良好的0-3型压电涂层复合材料和Lamb波传播距离远及对细微缺陷的高敏感性，基于CRIO(Compact RIO)平台和LabVIEW环境设计了结构损伤监测的软硬件系统。系统由激励探头、压电涂层传感器阵列、CRIO数据采集平台、WiFi无线传输网络、监测中心上位机及软件等部分组成，研制的压电涂层传感器能够较好地贴合于机翼等曲面结构，应用CRIO技术实现了测试设备的可重复配置与快速测试，无线数据传输能够克服大量传感器布置带来的布线复杂问题。将该系统应用于曲面铝板损伤监测模拟实验，验证了该系统测试信号的有效性和损伤定位结果的准确性。     

钛合金结构疲劳损伤监测实验研究

飞机钛合金结构损伤的监测,对于保证飞行器的安全具有重要的意义。提出了一种涡流阵列传感器,并通过搭建监测系统,进行了TC4钛合金不同宽度裂纹扩展模拟监测实验研究。研究结果表明：当钛合金出现裂纹后,传感器各通道的输出信号与无裂纹的基准信号有较大的变化,并且随着裂纹宽度的增加,输出信号幅值比增大。同时,模拟监测实验研究表明：传感器能够准确地识别和定量监测裂纹,精度达到1mm。     

压电阵列星形布置与多路损伤扫查策略

针对复合材料结构的损伤主动监测进行研究。采用主动Lamb波和小波变换计算损伤散射信号的时间延迟,根据椭圆定位法进行损伤定位;提出压电传感器星形布置的优化布置方法,结合多路扫查,解决椭圆定位法的损伤监测盲区,从而扩大损伤监测范围、提高损伤判别的准确性,并能进行损伤程度的判别。通过实验系统验证了所提出方法的有效性。     

Investigations on excitation and detection methods for Lamb wave sensors

Due to a high potential sensitivity, Lamb wave acoustic sensors have been studied for biochemical applications. Usually, Lamb waves are generated and detected using piezoelectric transducers. This technology involves bilayers structures and causes some problem of induced strain and temperature compensation. In this paper, we have investigated optical and electrostatic excitation methods. The optical excitation of Lamb waves is studied, and the main limitations of such an excitation method are pointed out. Theoretical as well as experimental studies are reported on electrostatic excitation of Lamb waves, and it is shown that this technique can be suitable for biosensors.     

基于波包络和相位失配的兰姆波缺陷定量反演方法

针对金属板中缺陷定量评价问题,提出了一种基于波包络和相位失配的兰姆波缺陷定量反演方法;通过有限元仿真,研究了缺陷几何参数与兰姆波瞬时相位和波包络的关系。结果表明,兰姆波瞬时相位和波包络与缺陷尺寸参数的变化有较好的相关性,根据两个特征参数计算的瞬时相位累积误差和幅值累积误差可以定量表征缺陷尺寸参数的变化;在此研究基础上,结合贝叶斯理论,提出了一种基于波包络和相位失配的兰姆波缺陷定量反演方法。开展金属板中缺陷反演实验,验证了该方法对金属板中缺陷大小和位置反演的有效性和可行性,其中平面槽型、阶梯槽型和圆形腐蚀缺陷的各种反演误差均小于3%。研究工作为金属板中缺陷定量识别与评价提供了可行方案。     

新型数字疲劳传感器设计

为了解决疲劳传感器在结构疲劳监测时,模拟信号传输噪声大、热输出大等引起的检测精度不高等问题,设计了一种数字疲劳传感器,此传感器采用片上系统ADuC845完成数据的采集与处理,传感器自带稳压,高精度、低温漂供桥与参考电路。传感器能实现温度补偿、非线性校正及数字信号传输。试验证明:传感器实际分辨力达0.001Ω,时间漂移小于0.002Ω/h,抗干扰能力强,测试精度与可靠性高,完全能满足工程疲劳检测的要求。     

兰姆波液位测量的研究

选择适当的兰姆波工作模式，可确定出液位高度。利用兰姆波进行液位测量，有不接触待测液体的特点，可用于密封容器内液位的准确测量。