基于超声导波的CFRP板结冰探测系统

针对航空复合材料的结冰探测,该文提出了基于超声导波技术的解决方案,采用转移矩阵法建立了层状结构波导模型,绘制了相速度和群速度频散曲线,分析了超声导波在碳纤维增强复合材料板中的传播特性。在此基础上,基于现场可编程逻辑门阵列设计了由信号源和接收机组成的硬件电路,结合恒温箱搭建了结冰探测系统及其实验环境。通过测量回波信号波包相对时延的方式,验证了超声导波结冰探测方案的可行性,为飞机结冰探测领域提供了新思路。     

基于声表面波技术的飞机结冰预警系统研究

飞机结冰严重影响飞行安全,现有结冰传感器都只在飞机结冰后才进行告警。利用声表面波结冰传感器及声表面波温度传感器设计了飞机结冰预先告警系统。研究了声表面波结冰传感器的原理,并设计了传感器信号的告警逻辑关系,通过等效电路对无线声表面波冰传感器进行仿真。仿真结果表明,声表面波飞机结冰预警系统可用以降低结冰信号的虚警率。     

用于超声导波检测的波形发生器设计

为了减少超声导波检测中频散特性带来的影响,提出一种用于产生窄带脉冲信号的波形发生器设计方案。波形发生器的设计基于幅度调制的思想,电路由函数发生器MAX038、乘法器AD834、模拟开关DG401等元件构成,实现汉宁窗调制单一频率信号的功能。同时,波形信号的单音频信号频率可调,汉宁窗宽度可调。电路的MULTISIM仿真验证了设计的可行性。该方案由纯硬件实现,操作方便,对超声导波检测激励源的研制有一定的参考价值。     

声表面波飞机结冰传感器灵敏度及实验研究

声表面波飞机结冰传感器有望用于飞机结冰预测,其通过Love波的激发和在导波层中的传播变化,来敏感导波层表面冰的厚度及状态变化,而导波层的厚度对声表面波结冰传感器灵敏度具有重要影响.在学者Zimmermann的理论基础上,根据声表面波结冰传感器实际结构,计算得到导波层厚度对灵敏度影响的特性.通过对SiO2导波层及ST90°石英晶体压电材料进行实例计算,得其厚度在9.6 μm处灵敏度最高,并通过实验对0.004 2 m厚的冰层进行实验,得到冰层中Love波的传播速度,与理论计算吻合.     

传感器在管道超声导波检测中的运用研究

随着我国社会经济快速发展,各种化工管线的应用数量不断增多,但是因为管道在长时间运行时很容易受到侵蚀,出现裂纹、破损等情况,导致原料泄漏,造成巨大的经济损失。采取多种科学有效的检测方式,确保管道质量得到提高。管道超声导波检测技术能够对管道进行全面检测,也可以极大地节省检测时间,降低检测强度。但是受到管道工作条件、结构尺寸等因素影响,造成超声导波检测对导波励磁方式和传感器使用要求也不尽相同。本文介绍五种不同传感器的工作原理和使用特点,积极探究明确了传感器在管道超声波感应波检测中的选择和记录,以及传感器在超声波检测中的特定应用对策。     

水下管道超声导波检测实验研究

扭转模态导波T(0,1)对液体载荷不敏感,其用于水下管道检测是一种具有潜在吸引力的导波模态。基于T(0,1)导波,研制了一套可用于水下管道检测的新型换能器阵列,并在实验室环境中进行了系列检测实验。换能器采用厚度剪切型压电陶瓷作为敏感元件。卡具装置采用模块化设计,模块间通过销轴连接。这种设计使换能器阵列具有一定的柔性,并可方便拆卸各模块以满足不同直径管道对于换能器数量的要求。实验结果表明,换能器阵列能在水下管道中高效激励和接收T(0,1)模态导波。模拟损伤回波信号到达时间和幅度较好地反映了损伤的轴向位置及大小。换能器阵列具有安装简单,使用灵活的特点,为水下管道超声导波检测提供了有效手段。     

钢板内应力激光超声导波检测方法研究

为了在钢板生产过程中实现钢板内应力的在线非接触无损检测,研究了基于激光超声导波的钢板内应力检测方法。搭建了激光超声导波应力测试装置,开发了相应的信号采集、处理及分析软件,组建了激光超声应力检测实验研究平台。通过拉伸加载装置,给实验试样两端施加预先计算的拉伸载荷,实现了所需要的各种工况下的钢板内应力场。通过激光超声检测单元采集各种载荷下的激光超声导波信号,实验研究了激光超声导波对钢板内应力的表征能力与关联规律。实验结果表明,脉冲激光可以在硅钢板中激发出以A0模态为主的宽频激光超声导波;激光超声导波相速度随拉力的增大而增大,群速度随拉力的增大而减小;拉应力与激光超声导波信号的首波超前时间差和波包延迟时间差都存在明显的线性关系。激光超声导波检测方法可用于带钢内应力的非接触无损检测,有可能成为钢板带内应力在线检测的新方法。     

基于超声导波波谱法管道缺陷检测仿真研究

针对超声导波检测难以准确判定管道缺陷的问题,通过分析超声导波遇管道缺陷后其回波的传播,提出了以波谱法来定位和定量管道缺陷。采用ANSYS软件仿真了T(0, 1)模态超声导波在带缺陷管道中的传播,得到检测的幅值波谱图,发现波谱图中缺陷处的颜色总是最先变化;通过分析所有节点同一时间坐标信号的幅值,发现相对最大缺陷信号幅值,幅值衰减在1/10内的节点数与缺陷的周向尺寸之间存在确定的系数关系。     

基于模态对称算法的直管道导波缺陷检测研究

针对直管道超声导波检测较难靠近管道结构处缺陷的问题,研究并设计了模态对称算法用于抽离回波信号中的非对称模态,对处理得到的模态对称曲线信息进行分析并评估管道结构处的健康状况。同时,建立管道试验系统对管道近焊缝处的裂纹回波进行采集,通过处理发现带缺陷处的模态对称曲线出现明显升高,加大裂纹缺陷,发现模态对称曲线幅值随缺陷的圆周对称度的增大而升高。该方法为避免管道缺陷的漏检提供了新的技术支持,且实现了利用导波技术对直管道结构处的区域进行准确诊断。     

表面波飞机结冰传感器的研究

首先分析了覆盖冰层的各向同性半无限大弹性体中的声表面波(SAW),求得了声表面波波速与冰层厚度间的关系.结果表明,当冰层厚度为0时,求得的波速与没有冰层覆盖相对应的半无限大弹性体的声表面波波速相同;当冰层厚度不断增加时,求得的声表面波波速趋向于冰层中的波速.随后分析了基体是各向同性无限大弹性板的情况.计算结果表明,由于弹性板与冰层的相互作用,实际振动会出现多个声表面波模态和相应的波速.     

基于压电超声导波的管道缺陷检测数值模拟

建立了压电材料与管道结构的超声与机械多物理场耦合有限元数值分析模型,采用ANSYS数值分析软件,在认识管道中导波频散特性的基础上,对利用压电陶瓷(PZT)激发的纵向导波进行数值模拟,探究压电超声用于管道损伤识别的机理。在管道模型的自由端周向分布16个PZT激励器激发入射导波,运用与之相距50mm处的PZT接收检测信号,对不同尺寸的单裂纹管道模型进行了数值模拟。结果表明,运用纵向导波检测能准确识别出管道缺陷的存在,且回波的幅值与缺陷尺寸有明显的正相关性,对接收信号时程进行分析可较准确地定位缺陷位置。     

超声导波焊缝检测中阵列式传感器的信号融合方式研究

针对超声导波焊缝检测中阵列式传感器信号融合的问题,文中根据特征导波在焊缝结构中的传播原理,提出了分时激励的方法对阵列中不同激励单元激励出的信号进行叠加。通过ABAQUS有限元分析软件仿真了不同数量激励晶片组成的传感器阵列直接激励出的检测信号和使用分时激励后激励出的检测信号,并发现多个激励晶片会导致检测信号产生波形杂乱和不规则等现象;而分时激励的方法则减少了信号混杂的情况,且检测信号的能量可以随着激励晶片数量的增加而稳定增加,信号叠加效果更加理想。     

法兰螺栓松动的超声导波监测方法

管道在工程中应用较广,法兰螺栓是管道连接的主要方式,但螺栓连接松动导致泄漏等直接影响管道服役的可靠性,对螺栓松动进行监测是提高法兰螺栓连接可靠性的有效方法。该文提出利用透射过连接螺栓的超声导波信号均方根偏差作为拧紧指标,以进行螺栓松动监测,并开展了数值仿真和实验验证。结果表明,随着螺栓整体预紧力的下降,压电片响应信号幅值随之减小,在1个或2个螺栓松动时,与松动螺栓距离最近的压电片响应信号最敏感,对应的均方根偏差值最大;同时,随着松动螺栓数目及位置的变化,接收压电片阵列的均方根偏差值及其分布会发生相应变化。该文提出的方法可实现螺栓松动监测,并可初步判断松动螺栓的方位。     

基于导波能量差的管道缺陷周向定位实验研究

针对超声导波检测需通过对回波信号进行分析而得到管道健康信息,而无法反映缺陷的周向位置信息的问题。文中采用超声导波方法对管道缺陷周向定位进行了研究,分析了超声导波在管道中遇缺陷后的能量分布,以及周向定位的原理。根据F(1,3)模态导波周向波数只有一个的特性,提出了象限能量差定位缺陷方法,并对该方法进行了实验研究,结果表明,方法可以准确地判定出缺陷所在周向位置。     

自聚焦介质波导中的新型导波

本文给出了导波层为自聚焦介质平板波导波方程的特殊精确解,得到了具有非线性导波层的波导归一化色散方程及场分布,并对得出的结果进行了讨论。