Methods for Detection of Subsurface Damage:A Review

Subsurface damage is easily induced in machining of hard and brittle materials because of their particular mechani?cal and physical properties. It is detrimental to the strength,performance and lifetime of a machined part. To manu?facture a high quality part,it is necessary to detect and remove the machining induced subsurface damage by the subsequent processes. However,subsurface damage is often covered with a smearing layer generated in a machining process,it is rather di cult to directly observe and detect by optical microscopy. An e cient detection of subsur?face damage directly leads to quality improvement and time saving for machining of hard and brittle materials. This paper presents a review of the methods for detection of subsurface damage,both destructive and non?destructive. Although more reliable,destructive methods are typically time?consuming and confined to local damage infor?mation. Non?destructive methods usually su er from uncertainty factors,but may provide global information on subsurface damage distribution. These methods are promising because they can provide a capacity of rapid scan and detection of subsurface damage in spatial distribution.     

基于四电极法的CFRP结构损伤检测研究

碳纤维复合材料(CFRP)被广泛用于航空航天领域,实现其结构健康监测对提高适航审定的损伤容限探测水平、降低检测成本具有重要意义。针对飞机使用的CFRP层压结构材料,利用碳纤维的自传感特点及结构损伤的电学敏感特性,基于四电极法提出3种激励模式下的电阻抗无损检测方法,以实现非侵入、无辐射、低成本的快速无损结构健康监测。利用有限元分析软件COMSOL构建各向异性CFRP层压板模型,通过提取有效电压差与电压灵敏度参数,对比分析不同类型结构损伤检测效果,从而获取适用于CFRP层压板结构损伤检测的最优激励测量模式。综合实验结果表明,双电极激励模式整体表现较优。     

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。     

钢轨缺陷无损检测与评估技术综述

钢轨缺陷的检测对于保障铁路安全具有重要的意义。在研究钢轨无损检测与评估技术的背景下,对国内外采用的钢轨缺陷检测方法进行了全面的综述,包括物理检测方法和机器视觉检测方法。阐述并分析了钢轨缺陷评估方法在机器视觉方面的应用情况,同时对所采用的钢轨无损检测与评估技术进行对比,论述和总结了包括射线检测在内的物理检测及包括图像处理在内的机器视觉检测两类检测方法的差异性。分析和研讨了现代无损检测与评估技术及其在发展中涉及的相关技术问题,并对钢轨缺陷无损检测与评估技术的未来发展给出设想。     

基于红外锁相法的热波检测技术及缺陷深度测量-1

红外锁相法热波检测技术（Lock-in Thermography）是一种基于热波处理的主动式红外热成像检测技术,适用于复合材料及复杂结构构件的无损检测,已广泛应用于航天航空、汽车、机械、电力等领域。本文着重介绍了阐述了红外锁相法热波检测技术的原理、缺陷深度测量及在蜂窝夹层结构及焊接构件检测中的应用。采用有限差分法计算了强度按正弦规律变化热流引起试件表面温度变化历程,并采用锁相法提取了有缺陷与无缺陷处的稳态温度变化和计算二者相位差,与试验结果接近。建立了热波在试件中传导的热—电等效模型,利用该模型对红外锁相法热波检测技术进行了仿真研究,得到了缺陷深度和反射热波与入射热波相位差之间的关系,该模型计算结果与试验结果基本一致。采用红外锁相法热波检测技术对模拟缺陷的蜂窝夹层结构试件和实际的焊接构件进行了无损检测试验研究,结果表明,采用红外锁相法热波检测技术能够快速、准确的获得缺陷大小、位置等,该技术对具有复杂曲面结构的构件也十分优越。     

基于改进ECT的隔热材料胶层无损检测研究

电容层析成像(ECT)技术是能显示被测物场的二维或三维介质分布图像的实时检测技术,基于平面阵列传感器的ECT系统为陶瓷多孔隔热材料缺陷检测提供一种新的技术途径。本文针对陶瓷多孔隔热材料粘结胶层的缺陷无损检测问题,提出了一种基于改进的电容层析成像方法。首先在分析平面阵列传感器ECT检测系统模型及成像原理的基础上,提出了一种改进初值的Landwebe迭代图像重建算法;进一步将该算法应用到基材表层与隔热材料之间的粘结胶层的缺陷检测领域,并通过实验验证了采用基于改进ECT的无损检测方法在陶瓷多孔隔热材料粘结胶层缺陷检测中应用的有效性;同时与采用传统ECT成像算法的检测实验进行比较。结果表明本文提出的改进ECT算法对胶层缺陷图像重建质量具有较大幅度的提高。     

吹扫-捕集技术在烟草行业中的应用研究进展

吹扫-捕集技术不用有机溶剂萃取和浓缩,减少了样品损失和对环境的污染,对挥发性有机物检测具有灵敏度高、检测限低、定量准确、操作简便等特点。本文综述了吹扫-捕集技术在烟草行业中对卷烟原材料、卷烟烟气、烟草行业工业污水、及烟草种植土壤检测等应用方面的研究,并对吹扫-捕集技术在烟草行业中的应用进行了展望。     

在役粗合成气管道焊接超标缺陷的分析与处理

通过对粗合成气不锈钢管道的无损检测,分析了超标缺陷产生的原因及其危害性,提出了缺陷处理原则和方法,并提出了保证管道焊接质量的改进建议。     

基于无线传感器网络的空气质量监测系统

为了随时了解城市空气质量状况,设计了一种基于无线传感器网络的空气质量监测系统。由无线传感器网络及GPRS网络组成的空气质量监测系统可以实现远程实时数据采集。大量的传感器节点部署在监测区域,负责采集各种空气信息,再经GPRS网络传送到与Internet网络相连的远端监控中心;工作人员通过对接收的数据进行分析,及时发布天气信息,为城市规划提供依据。系统移植能力强,换用不同的传感器,可以应用到其他监测领域。     

汽车半主动悬架的非线性动力学分析

基于弹簧、减振器及轮胎的非线性方程,运用现代非线性动力学理论,对双质量块形式的悬架模型进行了稳定性分析。根据Hurwitz代数判据,使用MATLAB软件计算得到悬架系统的双Hopf分岔;依据中心流形理论,将系统降至二维,并利用李雅普诺夫第一运动稳定性定理,判定系统的稳定性。最后,得到簧载质量、非簧载质量的时域响应及相图,验证了计算过程及结果的正确性,为半主动悬架系统的设计及控制提供了数据支持。     

便携式钢丝绳在线检测仪研究

钢丝绳无损检测目的是保证钢丝绳的安全运行,并在这个前提下减少因盲目更换而产生的浪费。针对目前钢丝绳检测难以实现实时在线检测、细小钢丝绳易漏检,现场走绳速度变化影响检测结果等缺陷,采用漏磁法及数字信号处理器DSP设计了实时在线钢丝绳检测系统。详细阐述了系统的检测原理、硬件结构以及软件设计方案。实际应用表明:该检测系统准确可靠,智能化程度高,安装操作简便,同时能适应走绳速度不均匀等环境较为恶劣的现场使用。     

铁路钢轨缺陷伤损巡检与监测技术综述

我国高速铁路的快速发展给铁路钢轨基础设施的状态维护和安全保障带来挑战,综述了钢轨不同类型缺陷伤损的巡检与监测技术。回顾总结了国内外钢轨无损检测与监测技术的特点和局限性,以及钢轨在线巡检与监测仪器的应用情况。分析了多模态多物理集成传感与可视化成像检测、宏观与微观组织状态观测、无损检测与评估和健康监测集成融合,以及基于大数据管理的铁路钢轨快速巡检和实时监测等新技术研究进展,讨论了未来铁路钢轨缺陷伤损巡检及监测技术的发展趋势。     

Storage reliability estimation of one-shot systems using accelerated destructive degradation data

A gamma process model is widely used to estimate reliability of general systems using non-destructive degradation data. However, the daunting challenge is the application of the model to one-shot systems given that recursive measurements are unavailable and degradation trends over time are nonlinear. This study shows a storage reliability estimation method of one-shot systems using accelerated destructive degradation data when information of either chemical reaction or degradation trend is unknown. An n-th kinetic model, which is a Physics-based model, was used to evaluate the degradation phenomenon of one-shot systems using destructive degradation data. The accelerated degradation model was constructed to estimate storage reliability for normal storage temperature. The proposed method was applied to estimate storage reliability of IR flare using the stabilizer contents that were destructively measured over time at three temperature levels. The real application results show applicability of the proposed method.     

机器人辅助激光超声检测系统及参量匹配方法

为解决飞行器复合材料构件的非接触、高精度无损检测问题,提出基于关节型机器人的激光超声检测系统及光声学参量匹配方法。采用有限元方法建立层状复合材料模型,计算分析材料层状各向异性导致激光超声的非对称分布、声束倾斜和畸变特征,结合实验分析得出利用激光超声表征分层的光声学参量匹配方法。在系统设计上,利用1 064 nm波长的Nd:YAG脉冲激光器激励超声波,利用基于光折变效应的双波混合干涉测量系统探测超声信号,激励和探测激光由光纤传导并投射至被检测工件表面,采用精密六轴关节型机器人作为C型扫描装置,建立系统的实验室原型,实现碳/环氧复合材料试样的C型扫描检测,得到试样中模拟缺陷的分布、形状和尺寸特征,验证了检测系统及参量匹配方法的有效性。研究结果表明,研制的机器人辅助激光超声检测系统可以实现碳/环氧复合材料内部直径1 mm以上分层的检测与成像,在飞行器复合材料构件的无损检测方面具有应用前景。     

超声波探伤仪在高速钢轨检测中的应用

为了满足钢轨生产的需要,作者主持开发了一套钢轨在线超声探伤系统。三年多的运行结果表明,这套设备性能良好。本文简要地介绍这套设备的各个组成部分,包括超声探头、超声探伤仪、扫查机械和电控系统。同时还介绍了过去三年系统的运行情况和探伤检验的结果。     

非线性时序模型在机械系统故障诊断中的应用

提出一种基于非线性自回归时间序列模型(gereral expression for linear and nonlinear auto-regressive model,简称GNAR模型)的机械系统状态识别与故障诊断方法.利用采集系统工作过程中的特征信号建立GNAR模型；用主成分分析策略生成模型特征量,对训练样本的特征量进行识别和分类,得到各种参考模式；将几何距离判别函数作为状态分类的原则,根据待判系统特征量与各类参考模式的Euclide距离进行状态识别和故障判别.对车床颤振试验数据及高速离心空气压缩机故障数据的分析表明,该方法快捷、高效,诊断成功率较好,具有良好的工程应用前景.     

供电质量自动检测系统的设计

文章主要阐述了电能质量参数的自动检测问题。提出了通过单片机测量脉宽的频率测量方法和一种与接线无关的三相功率测量功率因数的方法。并针对具有广泛影响的电能质量问题提出了检测电力参数的几种方法,并且对未来电能质量自动检测系统的设计提出了见解。     

起重机械防碰装置试验系统的设计

防碰装置是起重机械重要的安全防护装置,其性能质量直接关系到人员和设备安全。常规的防碰装置性能试验方法难以保证试验数据的精度和可靠性。针对防碰装置的工作特点和试验要求,从试验原理、系统结构、运行逻辑等方面入手,设计一套能模拟防碰装置实际运行工况,自动进行性能试验和数据采集处理,精度高、重复性好的试验系统,可以有效提升防碰装置检测能力。     

In vivo three-dimensional imaging of plants with optical coherence microscopy

Achieving the ability to non‐destructively, non‐invasively examine subsurface features of living multicellular organisms at a microscopic level is currently a challenge for biologists. Optical coherence microscopy (OCM) is a new photonics‐based technology that can be used to address this challenge. OCM takes advantage of refractive properties of biological molecules to generate three‐dimensional images that can be viewed with a computer. We describe new data processing techniques and a different visualization algorithm that substantially improve OCM images. We have applied OCM imaging, in conjunction with these improvements, to a variety of structures of plants, including leaves, flowers, ovules and germinating seeds, and describe the visualization of cellular and subcellular structures within intact plants. We present evidence, based on detailed examination of our OCM images, comparisons to classical plant anatomy studies, and current knowledge of light scattering by cells and their components, that we can distinguish nuclei, organelles and vacuoles. Detailed examination of vascular tissue, which contains cells with elaborate wall structure, shows that cell walls produce no significant OCM signal. These improvements to the visualization process, together with the powerful non‐invasive, non‐destructive aspects of the technology, will broaden the application of OCM to questions in studies of plants as well as animals.