电磁超声换能器在金属板厚度检测中的优化

为了提高电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer,EMAT）在金属板厚度检测中的换能效率,利用ANSYS有限元软件对用于铝板厚度检测的电磁超声横波换能器进行三维建模与仿真.在仿真过程中,确定了电磁超声横波在铝板中的传播形状与方向,并以正交试验优化设计方法为指导,研究了电磁超声换能器的不同因素、不同尺寸对其换能效率的影响,并据此对EMAT模型尺寸进行了优化.通过实验验证,优化后EMAT得到的回波信号幅值是原始模型回波信号幅值的5倍,并且信噪比较高.     

基于相控技术的钢板电磁超声检测方法

为了提高钢板中电磁超声回波信号,提出了一种基于相控技术的钢板电磁超声检测方法.研究了相控聚焦技术和钢板中电磁超声换能器的换能机理,通过多阵元组成激发换能器阵列,运用延时法使超声波在目标区等相位叠加,实现超声波聚焦,并在Q235钢板上采用分立式结构进行实验验证.结果表明:该方法有效弥补了收发换能器间声程差引起的相位偏移,激励电压一致时,658 mm处接收的回波信号幅值提高为中心换能器单独激发时的2倍;采用三阵元激励换能器阵列检测方法可实现缺陷处的超声波聚焦,520 mm处缺陷回波幅值提高为中心换能器单独激发时的1.83倍.     

基于机电阻抗与超声导波综合技术的复合材料板损伤定位

为了提高检测能力,将机电阻抗与超声导波技术相结合用于复合材料板中损伤检测和定位.基于机电阻抗技术的结构健康监测具有局部灵敏度高、无需模型分析等优点,在新型材料结构的在线监测领域具有独特的优势,例如飞机、航天器上大面积使用的复合材料结构等.超声导波技术具有检测效率高、检测范围广、检测速度快等优点,特别适合板状结构的健康监测.该机电阻抗与超声导波综合技术将机电阻抗技术的局部灵敏度高与超声导波检测技术的范围广的优点相结合.结果表明:局部均值成像算法和数据融合算法可用于复合材料板结构健康监测的数据处理和融合,实现了整个复合材料板中缺陷的定位及成像.     

一维六方准晶板中Lamb波特性研究

准晶材料结构在制备过程中会出现裂缝、夹杂等缺陷,超声导波具有多模态和频散特性,能够很好识别结构中的微细裂纹等缺陷,但应用超声导波无损检测技术的先决条件是深刻认识结构中导波的传播与衰减特性。基于此,提出一种改进的勒让德多项式级数法,无需迭代便能得到Bak模型和弹性/流体动力学模型下波动力学方程的解析解。计算得到一维六方准晶板中Lamb波的频散曲线、声子和相子场位移分布,研究两种模型下声-相耦合效应对波动特性的影响。结果表明：Bak模型中声-相耦合效应对声子模态有微弱影响,对相子模态有显著影响;弹性/流体动力学模型中声-相耦合效应对不传播的相子模态有显著影响,对声子模态没有影响。所得结果为一维六方准晶板的导波无损检测提供了一定的理论基础。     

回折线圈导线长度对表面波EMAT性能及缺陷检测的影响

为了改善表面波电磁声传感器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)的激励及接收性能,并提高缺陷定量检测的准确性,试验研究了EMAT中回折线圈导线长度对传感器频率特性、所激励表面波声场指向性、衰减特性的影响.采用不同长度回折线圈对人工裂纹进行检测,得到了对应的反射和透射系数,分析了导线长度和裂纹长度相互关系对缺陷定量检测的影响.试验结果表明,表面波EMAT的频率特性与回折线圈导线长度无关,但其所激励表面波的声场指向性及衰减速率与导线长度密切相关,回折线圈导线长度越大,声束辐射半张角越小,表面波衰减越慢;作为接收传感器,回折线圈导线长度越大,EMAT检测时空间分辨率越低,但接收信号信噪比越高.导线长度小于裂纹长度时,才能得到准确的反射和透射系数.     

管道裂纹纵向超声导波检测仿真研究

在纵向超声导波基本原理的基础上,分析了两种纵向模式位移分量随频率的变化而变化的情况,给出了一种梳状对称换能器对管道缺陷的有效检测.数值分析和仿真结果表明,利用纵向超声导波可对有障碍物覆盖的管道,有阻碍物遮挡的管道进行长距离、有效的、省事省时的在线检测,与理论分析相吻合.     

激光超声检测技术在复合材料检测中的应用

针对广泛用于航天器结构的复合材料层压板,建立了激光超声检测实验平台,实验研究了脉冲激光在复合材料中产生超声波的时频域特征,分析了激光超声与复合材料分层缺陷相互作用的声衰减行为,实现了复合材料层压板夹杂、分层缺陷的C型成像检测.研究成果对推动激光超声检测技术在航天飞行器结构快速检测中的应用与发展具有积极作用.     

基于时间反转的管道导波小缺陷检测数值分析

为克服现有导波检测技术对管道小缺陷检测的不足,给出了一种基于时间反转理论的管道缺陷超声导波无损检测方法.通过对含有裂纹及孔型小缺陷的管道进行数值模拟,进一步说明了在管道导波检测时,时间反转的方法可以实现超声导波在时间-空间上的聚焦,令由于缺陷而产生的多个转换模态同时到达缺陷位置,使原本分散在各导波模态的检测能量汇聚于缺陷处,增强检测能量,提高对小缺陷的检出能力.     

电磁超声表面波辐射声场的三维有限元分析

为了得到电磁超声表面波换能器在被测试件表面和内部的辐射声场分布,采用ANSYS有限元仿真软件对电磁超声换能器辐射声场进行仿真.建立了电磁超声换能器三维有限元模型并进行了优化,给出了被测试件中感生涡流与换能器激励线圈参数的量化关系.通过电磁结构耦合的方法得到被测试件内部及表面不同方向质点的位移变化,分析了在被测试件内部的辐射声场分布,并给出了被测试件表面辐射声场的指向性规律.根据仿真模型搭建了电磁超声探伤平台,实验结果与指向角仿真结果基本吻合.实验结果表明：对电磁超声表面波辐射声场的有限元仿真,为其设计优化、实际探伤范围的确定、接收线圈放置位置,以及收发装置的安装角度提供了依据.     

基于时间反转的管道导波非穿透缺陷检测数值分析

为克服现有导波检测技术对管道非穿透型小缺陷检测的不足,给出一种基于时间反转理论的管道缺陷超声导波无损检测方法.通过对含有非穿透型裂纹小缺陷的管道进行数值模拟,进一步说明了在管道导波检测时,时间反转的方法可以实现超声导波在时间-空间上的聚焦,增强检测能量,提高对小缺陷的检出能力.利用时间反转导波的空间聚焦特性还可建立时间反转导波的圆周位移分布与缺陷的周向和径向位置间的关系,为实现缺陷的三维定位奠定基础.     

管道导波检测中传感器数量和频率特性研究

为了有效地检测管道缺陷,使用PZT传感器在管道中激励并接收超声导波,采用轴对称激励接收的方法,通过多组实验研究了导波在一定频率范围内管道端部与缺陷的第1次反射回波的幅值大小与频率之间的关系,分析了传感器中探头个数对信号大小的影响,确定了激励导波的最佳频率范围.实验表明,反射回波幅值的大小与传感器的固有特性有关,有缺陷管道检测与无缺陷管道检测的最佳实验频率一致,可以考虑以无缺陷管道的最佳实验频率作为频率选择的参考.     

管道周向导波检测技术研究进展及展望

周向导波检测技术是超声无损检测和弹性动力学研究的重要领域之一,综述了周向导波检测技术及其应用研究进展.首先介绍了周向导波的分类、频散特性、主要激励方式以及薄壁管道中周向导波与板中导波的关系;简述了多层管道中的周向导波的研究进展.在此基础上,着重讲述了周向导波的传感技术、数值分析以及工程应用进展.最后,对周向导波检测技术进行了总结与展望.     

基于LabVIEW的超声导波时间反转信号激励系统

将时间反转信号处理方法运用于超声导波无损检测时,可实现检测能量在缺陷位置的聚焦,从而提高缺陷反射回波信号的分辨率,增强检测效果。本文在LabVIEW环境下设计开发了基于NIPXI5411信号发生器卡和NIPXI5112数字示波器卡的时间反转信号激励系统,通过单传感器单独激励时间反转信号后再叠加的方式实现近似时间反转导波检测。实验表明,该激励系统能有效地解决时间反转导波检测过程中的信号激励问题,具有较好的应用价值。     

超声导波技术在管道缺陷检测及评价中的应用

超声导波技术是一种新兴的无损检测技术,由于其检测距离长、速度快、成本低、且可以对常规管道检测方法无法接近的管道进行检测及评价,多用于对带夹具、有套管或埋地管道的检测.笔者对管道超声导波的检测原理,以及超声导波在管道中的传播和衰减特性进行了研究,分析了影响管道超声导波检测准确性的主要因素,并采用纵向和扭转模态导波对一段24,,m长、存在复杂管道特征及人为加工缺陷的管道进行了实验.     

激光在楔形金属板中激发超声导波的实验研究

介绍了利用激光超声技术对楔形金属板材进行检验的实验方法和装置,研究了激光在楔形金属板中激发超声导波的规律,得到了超声导波在不同角度楔形金属板中传播时波形的变化特征。当楔形板角度较小时,波形具有Lamb波的特征;角度较大时,波形失去Lamb波的特征,更多表现出Rayleigh波的性质。并指出随板厚增加,导波高阶模态的出现是导致波形发生改变的原因。     

超声导波管道缺陷检测数值模拟

介绍了超声导波检测技术的研究意义、发展现状、导波检测的基本原理和激励频率的确定。应用ANSYS有限元分析程序建立管道模型,删除模型中部部分单元模拟切槽缺陷,施加端部激励载荷产生L（0,2）和T（0,1）模态导波,模拟超声导波的传播及遇到缺陷的反射回波情况,通过对接收信号的分析,较为准确地定位了缺陷位置。     

弯管缺陷超声导波检测的有限元分析

为了利用有限元方法对弯管缺陷进行超声导波检测,阐述了建模、加载及后处理在有限元方法中的具体实现过程,并且对导波在带单缺陷及双缺陷的90°弯管中的传播分别进行了数值计算．计算结果与实验结果基本吻合,表明利用有限元方法可以对弯管缺陷导波检测进行有效的数值模拟．     

基于FPGA的FIR滤波器在超声导波接收系统中信号降噪的应用

在超声导波接收系统中,为了抑制采集信号中的噪声,在超声导波接收系统信号采集端,设计基于FPGA的FIR数字滤波器对信号进行滤波处理.介绍FIR滤波器的数学原理,讨论了在FPGA中实现并行结构FIR滤波器的方法.利用MATLAB设计FIR滤波器,并在FPGA中利用Verilog编程实现该滤波器.在Model Sim中进行仿真,能够达到滤波要求.结果表明:在开发的系统中对设计的FIR滤波器进行实际超声导波信号测试,能够实现良好的滤波.