基于虚拟仪器的底质声学测试系统设计

为解决在不具备海洋远洋原位测试的情况下仍然需要对沉积物进行还原海底环境声学测试的问题,将虚拟仪器技术应用于沉积物测试中,建立可以在实验室中还原海底环境的声学测试系统。采用虚拟仪器智能判断首波的方法测试沉积物在相应环境的声速,应用虚拟仪器频谱分析技术实现对超声波信号的滤波及分析,利用Labview工具编写软件实现超声测试与温度和压力的测量与控制同步。建立小尺度地质物理模型可以通过对海洋底质沉积物样品施以温度、压力控制,在实验室内还原海底特殊环境,同时对沉积物样品进行超声无损探测。在测试系统平台上对远洋获取的沉积物进行声速测试实验,对比传统方法测试实验,实验结果表明测试系统操作简单、可还原样品环境、实用性强。     

Anderson-Hampton声模型及在海底浅层气探测中的应用

为研究Anderson-Hampton模型对含气沉积物声学预测的运用,在Wilkens对Balic海含气沉积物原位实测结果的基础上,对Anderson-Hampton模型声学预测结果做出详细的探讨。为研究Anderson-Hampton模型的适用条件,从该模型对含气沉积物状态的假定前提出发,对不同类型的含气沉积物的实测结果做出评定。阻抗管气囊模型试验表明,当对含气沉积物的弹性参量合理定义时,Anderson-Hampton模型预测结果有很高的准确性。Anderson-Hampton模型对于杭州湾含气砂质沉积物的声速预测结果与实测结果并不吻合,主要是因为用Gassman方程计算含气砂质沉积物的体积模量的计算结果不准确。     

基于LabVIEW的海底沉积物超声检测系统信号处理

基于虚拟仪器的信号处理程序直观、易懂,有利于专业测试人员掌握,代表了未来仪器技术的发展方向。采用虚拟仪器硬件平台和LabVIEW软件开发平台,为小尺度沉积物声学测试系统的信号处理编写了开放的信号分析与数据处理软件。由虚拟仪器硬件平台采集卡完成超声信号的采集工作,编程读取信号初至,并设计和改进了判读方法,利用虚拟仪器LabVIEW编程实现原始信号滤波、相关分析、频谱分析等信号处理功能,使沉积物声学特性的测量和计算成为一体,提高了效率,使声信号信息的提取更为直观、准确。     

计算机辅助超声光栅测量

介绍了声光衍射原理和数字散斑相关测量技术,采用CCD成像技术采集声光衍射图,并辅以计算机测量,实现对超声声速的高精度测量.测定了超声波在乙醇和水两种介质中的传播速度,并与标准值进行了比较,相对误差分别为0.12%和0.51%.与其他方法相比本实验测量精度更高.     

超声光栅理论与实验研究

描述了超声波在液体里传播形成超声光栅的原理,指出一维运动的超声波进入液体经反射板反射形成驻波,使液体的密度、折射率和相位等物理性质产生周期性变化,而形成超声相位光栅;进而由折射率周期性变化规律分析了超声光栅衍射法的形成原理,并给出了WSG-I型超声光栅声速仪利用超声光栅衍射法测量水和乙醇声速的方法与实验结果;通过测量因浓度不同引起超声光栅常数的变化,拟合出浓度与光栅常数变化的函数,实现对浓度的测定。     

基于单片机控制的超声波倒车防撞系统设计

设计介绍了一种基于单片机STC89C52的超声波测距系统,在本设计中超声波发射部分创新性的使用了MAX232芯片,缩小了盲区.在接收部分采用了比较器整形电路来提高测量精度.并且在硬件上采用了温度传感器18B20来采取声速预置和媒质相结合的方法对声速进行温度补偿,实现实时测距倒防撞的功能,以降低声速变化对测量的影响.     

声速测量实验中声波的研究

为了能对声速测量实验中的声波在理论上作更深入的研究,讨论了声速的测量方法及实验原理,对声速测定仪的发射器与接收器之间入射波与反射波叠加的合成波方程进行了推导,得到两换能器之间超声波的状态为行驻波。实验结果表明,可以用相位比较法和驻波共振法测出超声波的声速,同时这两种方法的测定结果与理论值的相对误差分别仅为2%和1%。     

生物力学等效仿真软质材料超声测量方法的分析与研究

针对生物力学等效仿真软质材料的特点,在对超声传播性质及其检测原理进行分析研究的基础上,提出了生物力学等效仿真软质材料的超声检测方法,设计了超声测量等效仿真软质材料力学性能的测试分析系统,并对3种不同密度的等效仿真材料的声速,弹性模量和声衰减等参数进行了测算,在基于Labwindows/CVI和MATLAB的平台上对超声回波信号进行了分析处理,实现了生物力学等效仿真软质材料的超声测量.最后对仿真材料的力学性质与超声回波信号之间的关系进行了分析,结果证明了所提方法的可行性.     

超声波声速自动测定仪的研制

将单片机用于超声波声速测定仪的控制部分，进行了系统的软硬件设计．实验表明，该仪器能直接发射与接收超声波，利用超声波在媒质中的传播速度来测定物质的浓度、密度等物理量，并具有测量精度高，抗干扰与稳定性好的特点．     

工程部件弹性材料力学性质的超声波测量

采用RAM—SNAP-5000超声波测量系统和相位比较法测试原理,测量了金属板块的弹性模量和泊松比,并将测量结果与拉伸实验测量的弹性模量和泊松比进行了比较,所得结果基本一致。采用超声波测量技术确定了某型号汽车所有部件的弹性性质,其结果应用于该汽车的动力特性的计算。     

基于DSP的新型超声流量计

精度较低是传统超声波流量计亟需解决的问题.通过对超声波流量测量物理模型的分析,本设计采用了相位差法来测量流量,关键是把声速对流量的影响也考虑在内,并且通过声速校正鉴相电路对声速进行了修正,同时还采用了TI公司高性能的DSP芯片TMS320VC5402作为处理器,从而大大提高了测量的精度.通过实际测量证明该设计方案测量精度高、快速、可靠性高.     

利用LCR波监测长轨温度应力方法的研究

针对铁路养护中对长轨(CWR)纵向温度应力监测的难题,基于声弹性原理,介绍了一种利用LCR波来实现其自动化检测的超声波无损检测(NDT)系统,并对该系统的超声波探头和声时测量单元的结构及工作原理进行阐述。系统采用软件方式校正和消除温度对实际测量声速的影响,提高了超声检测应力的测量精度,从而达到了铁路监测要求。     

汽轮机湿蒸汽特性的超声衰减测量技术

针对核电站二回路汽轮机末级中,湿蒸汽工质夹带的液滴会威胁核电厂的经济性与安全性的问题,本文基于长波区简化模型对超声波在气液两相流中超声衰减系数、声速与体积浓度、液滴粒径关系进行数值模拟。利用超声衰减法,对气液两相流中100 kHz、160 kHz、200 kHz超声衰减系数进行测量,结合长波区简化模型对两相流液滴体积浓度进行反演计算。使用称重法对两相流中液滴体积浓度进行标定,将计算结果与标定的体积浓度进行对比分析。结果表明：超声衰减法可以对气液两相流液滴体积浓度进行在线测量,并且蒸汽液滴体积浓度变化0.01%超声幅值衰减可以达到25%而声速变化量为0.5%,超声衰减法更适合用于核电厂二回路蒸汽浓度测量。     

组合陀螺测试系统的设计与实现

为提高惯性导航系统的主要性能参数精度,运用IFOG测试标准规范的性能指标测试方法,在PXI硬件测试平台和SGT320E型三轴多功能转台上,通过建立LabVIEW的信号处理模块,设计出了单轴光纤陀螺测试系统.实验结果表明：测试系统实现了光纤陀螺组合的电压/电流监测,电压、电流偏差低于10%;完成了PXI控制系统对转台转速、方向的控制和光纤陀螺的标度因数、零偏、分辨率等性能指标的测试功能,得到测试标度因数精度为±10%,零偏小于0.2°/s,分辨率小于0.03°/s.     

磨削烧伤对超声波声速变化影响的实验研究

磨削烧伤会显著影响零件的使用性能,检测磨削烧伤对确保零件安全使用具有重要意义。超声波声速已被应用于检测金属晶粒尺寸、残余应力和金属热处理状态等方面,其能否用于检测磨削烧伤程度倍受关注。本文搭建了临界折射纵波（critical refraction longitudinal wave,简称LCR波）声速检测系统,对不同磨削烧伤程度的45#钢试件进行超声波声速测量,实验结果表明：超声波声速对磨削烧伤不敏感,对于不同烧伤程度的45#钢试件,超声波声速仅有较小变化。根据材料金相组织、残余应力、晶粒大小等因素对超声波声速影响机理进行分析,由于各影响因素对超声波声速变化具有综合影响,超声波声速不随不同烧伤程度敏感变化,不能灵敏地检测磨削烧伤。     

EDXRF法对湖底水系沉积物中重金属含量的检测

介绍了一种通过EDXRF技术对湖底水系沉积物中重金属元素的定性定量分析方法。在所制备的水系沉积物样品中加入内标元素Y,利用粉末压片法制作样本,通过X射线荧光光谱分析仪在合适的测量条件下分别测得样品中Cu、Zn、Pb和Hg荧光强度,并通过内标元素计算出元素含量。对测得的数据进行相对标准偏差分析,结果均小于5%,符合实验精度要求。与国标ICP-OES法相比,测试结果基本相同,实验过程中不产生有害物质且大大提高了测试效率。经计算,上述四种元素的检出限分别为2.41mg/kg、2.45mg/kg、1.64mg/kg、4.30mg/kg,EDXRF技术可以作为一种方便快捷的环境监测手段来监测水系沉积物的中金属成分。     

基于LabVIEW的数字超声波检测实验系统

为了更加快速有效地实现对超声波信号的采集分析、降低对复杂超声波信号的处理难度,介绍了LabVIEW编程语言的特点,设计了一个基于LabVIEW的超声波检测实验系统。该系统可以实现外触发模式下的连续数据采集、实时信号处理、波形的频域和时域显示、数据的实时存储、电子门及门内主要信息的提取和显示,从而具备了A扫描和C扫描功能。超声波检测实验验证了该系统工作的可行性和结果的正确性。     

超声波塑料焊接过程声学系统电参数的检测

在超声波塑料焊接过程中, 针对声学系统的输入电信号受到焊接过程负载变化的直接影响,研制了一种超声波电信号测试系统,可以对超声波塑料焊接过程中功率、电压电流有效值、相位差及频率信号等进行快速准确的在线检测,而且可以对测量结果进行实时纪录、分析处理．测试结果表明,超声波电信号能够有效地反映焊接过程的变化,为实现焊接过程质量控制提供了可能．该系统还可以应用于功率超声的其他领域．     

全海深沉积物保压取样装置设计及试验研究

为了实现全海深沉积物保压取样,提出基于着陆器的自密封式全海深沉积物保压取样系统。针对着陆器承载能力有限的问题,设计了花瓣压缩环形取样、下端自封闭、两端自平衡的新型取样机构,避免了传统大口径球阀的设计。对取样器贯入过程进行分析,计算最大贯入力的值为786.5N,为验证计算结果,搭建了试验台架以模拟沉积物的取样过程,在不同性质的粘土中测试了取样性能和贯入力,试验结果与计算结果基本相符合。贯入-取样测试结果还表明,对于塑性和硬塑性粘土,所提出的取样机构具有较好的取样效果,而对于流塑性粘土,取样器的取样效果较差。基于所得的贯入力设计了传动和驱动机构,对驱动电机进行了选型和封装。为验证取样器在高压下的工作稳定性及保压性能,在60MPa和100MPa高压舱内进行了多次测试,试验结果表明,取样器能够保持测试压力的80%以上。最后,在中国2021大洋科考TS21航次中,搭载“奋斗者号”载人潜器在西菲律宾盆区和马里亚纳海沟进行了三次原位测试,所提出的取样器均完成保压取样任务,共获取保压沉积物样品710ml。本研究所提出的全海深沉积物保压取样系统,包括新型超高压保压取样机构设计,充油电机的封装技术,全海深保压取样器压力补偿技术等,为类似系统的设计提供了理论和工程基础,可广泛应用于其他深海保压取样系统。     

基于超声波相位差的氢气检测方法及仪器研制

针对现有氢气检测技术存在的问题,提出了超声波相位差氢气检测法。该方法依据氢气声速与其他气体声速有显著差别而设计,采用双通道设计,巧妙地将超声波速度差转化为相位差,用测得的相位差变化来反映气体浓度的变化,提高了测量精度,同时采用数字温度传感器进行环境温度补偿,扩大了传感器的工作温度范围。实验结果表明本测量方法氢气测量相对误差小于2%,符合相关国家标准要求,实现了氢气快速、高精度、低功耗、低成本检测,具有较高的理论意义和应用价值。