基于倍频双晶复合传感器的构件疲劳微裂纹非线性超声检测

通过对固体中非线性超声传播模型的研究,分析了裂纹静态压力与超声波作用力对裂纹超声非线性响应的影响,在此基础上,建立了反映裂纹区应力-应变非线性关系的弹性接触机制超声非线性响应模型;以及反映裂纹闭合状态转换的碰撞接触机制超声非线性响应模型。基于上述理论,通过实验研究发现裂纹尖端区的二次谐波激发效率与裂纹的开口区和闭合区及裂纹最终扩展的极限长度有关。因此,可使用二次谐波激发效率作为定量表征金属试件疲劳微裂纹缺陷的特征参数,实验中使用了自主研制倍频双晶复合换能器,这种倍频双晶复合换能器在工程实际应用中作在线检测更为方便、实用。     

非线性Lamb波疲劳损伤监测机理研究

传统的线性Lamb波损伤监测方法对微小损伤的敏感性很低,限制了Lamb波结构健康监测技术的应用和发展.分析了非线性Lamb波传播机理以及非线性Lamb波特征参数提取方法,在此基础上对非线性Lamb波结构疲劳损伤监测机理进行了实验研究.在T6061铝板上的实验验证表明:非线性Lamb波特征参数对结构疲劳等早期微损伤具有较好的敏感性,且非线性参数与损伤程度之间存在相同的变化趋势.为金属材料结构疲劳等早期损伤的预警和评估提供了可行的思路.     

基于空气耦合超声Lamb波对铝板的特征成像检测

A0模态Lamb波因具有低衰减、短波长、对缺陷敏感等优良特性被用于检测大面积层板结构。为了实现铝板中缺陷的检测与重构,提出了一种基于空气耦合Lamb波扫描成像检测技术,对存在冲击损伤的铝板进行扫描检测。扫描时,激励与接收传感器置于铝板同侧并倾斜布置,沿着两个相互正交的方向进行Lamb波扫查,对正交路径下的检测信号进行快速傅立叶变换(FFT),将得到的频域信号与基准频域信号之间的信号差异系数（SDC）作为特征值,并结合损伤概率成像算法和数据融合算法进行缺陷的重构和成像。实验结果表明,基于损伤指数的特征值成像方法可以有效表征铝板缺陷,成像结果与缺陷实际位置非常吻合。     

氢气波长调制激光检测多次谐波信号联合分析

全球能源消耗日益增大,氢能作为一种高效的清洁型能源,越来越受到社会重视,然而一旦发生氢气泄漏,极易引起爆炸。本研究基于可调谐二极管激光吸收光谱技术(Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy, TDLAS),建立了氢气波长调制的仿真模型,研究不同调制系数下各次谐波幅值的变化情况,并推算出二次谐波比一次谐波、四次谐波比二次谐波中心幅值比的公式。结果表明：当调制系数分别取2.2和4.1时,二次谐波和四次谐波中心频率幅值分别获得最大值;二次谐波比一次谐波的方法能够消除光强的影响,从而实现对光功率的自校准;四次谐波比二次谐波的方法仅与调制系数有关,与浓度、温度都无关。通过分析比值函数,使调制系数接近各次谐波最佳调制系数值,让谐波信号信噪比最佳,提高检测准确度。     

基于 HHT的界面贴合型缺陷非线性超声检测研究磁

论文以固体火箭发动机（SRM ）包覆结构粘接质量检测为研究内容,针对传统超声检测方法难以检测粘接界面贴合型脱粘问题,提出了基于Hilbert‐Huang变换（HHT）的非线性超声检测方法。通过仿真信号的 HHT分析,验证了HHT方法在处理非线性、非平稳信号的有效性。提取了非线性检测信号的二次谐波瞬时幅值,并提出了将二次谐波瞬时幅值作为特征参数的非线性超声检测方法。结果表明,可以用二次谐波瞬时幅值作为特征参数来表征贴合型脱粘缺陷的大小,证明了基于二次谐波瞬时幅值的非线性超声检测方法在粘接界面贴合型脱粘缺陷检测的有效性。     

微型硅基弯曲板波器件

介绍了基于ZnO压电薄膜的微型弯曲板波(FPW)器件的设计与制作。为减小薄膜的应力,器件采用LTO/ZnO/LTO/Si3N4多层复合板结构,并采用直流磁控溅射工艺制备ZnO压电薄膜,在压电复合板结构上沉积两对叉指电极,分别用于Lamb波的激发和接收。X射线衍射分析表明,沉积的ZnO薄膜C轴高度择优;扫描电子显微镜分析表明,制备的ZnO薄膜平整、致密,晶粒生长呈现明显的柱状结构;通过分析制备的高次谐波体声波谐振器(HBAR)器件性能来间接检验ZnO压电薄膜的电学性能,HBAR器件的品质因子较高,表明薄膜有较好的压电性能。利用安捷伦E5071C网络分析仪检测FPW器件的频率响应,结果表明反对称A0模式Lamb波的实测中心频率与理论计算的频率结果基本一致。     

基于超声导波SC-DTW的金属板微损检测方法

针对金属板材的质量控制与服役性能评估问题,在对金属板材微损伤进行超声导波检测的基础上,结合形状上下文(shape context, SC)与动态时间规整方法对其损伤劣化程度进行量化评估.该方法以无损Lamb波信号为基准,采用动态时间规划(dynamic time warping, DWT)算法对损伤信号进行相似匹配分析对比,确定基准信号与损伤信号的最佳匹配路径.引入SC的轮廓识别方法对Lamb波的局部波形信息进行统计分析,以波形形状距离代替传统欧氏距离匹配方法,解决DTW相似匹配中的病态对齐问题.最后,将无损Lamb波与损伤Lamb波信号间SC-DTW匹配距离作为损伤程度的量化指标,采用随机闭合裂纹的有限元仿真模型和铝板弯折实验对所提出方法进行验证,结果表明,基于Lamb波SC-DTW的损伤量化指数对铝板早期裂纹具有较高的敏感性和较好的量化表征能力.该方法无需对波包进行识别,也不必进行复杂的特征提取,具有简单高效和抗噪声能力强等优点,在金属板服役性能评估与质量控制中有较好的实用性和推广价值.     

一种新型有源滤波器的设计与仿真

电力系统中谐波电流已经成为研究的重点问题,究其原因则是各类时变装置和非线性负荷在电网中被大量的使用。本文分析了谐波电流检测方法和三角波比较法电流控制技术。在基于理论分析的前提下,使用MATLAB/SIMULINK仿真平台建立了该滤波器的模型并进行仿真分析。仿真结果表明,该模型对谐波电流有较好的滤除作用。     

地震作用下非弹性地基桩的3次超谐波共振

研究了地震作用下非线性地基中桩基的3次超谐波共振问题.从地基桩中抽象出力学模型,考虑地基的非线性因素,运用Hamilton变分原理建立了桩基的非线性控制方程.利用Galerkin方法离散上述方程,基于多尺度摄动法研究了地震作用下非线性地基中桩的3次超谐波共振问题.以某嵌岩圆形桩为例,研究了地基土层厚度、剪切波速度及频率比对地震力的影响,数值模拟了非线性地基桩的3次超谐波共振响应,探讨了地震力、地基弹性及非弹性系数对超谐波幅频响应的影响,最后研究桩基产生3次超谐波共振时的时间历程曲线.结果表明,当地震波频率约等于桩基固有频率的1/3时,容易激发桩的3次超谐波共振响应;桩基的3次超谐波共振响应随着地震力、非弹性系数的增大而变得更加显著,随着弹性系数的增大而逐渐变小.     

基于旋转交流电磁场的铁磁材料裂纹方向检测

针对传统交流电磁场检测(Alternating Current Filed Measurement, ACFM)技术检测任意方向裂纹容易出现误检、漏检等问题，引入旋转磁场作为ACFM技术检测探头的激励源，设计了一种新型阵列式无损检测探头。建立以旋转磁场为激励源的ACFM技术检测探头有限元仿真模型，融合多个采样点提取工件表面的磁场信号，分析了不同方向的铁磁材料表面裂纹的磁场分布情况。仿真结果表明，以采样点所检测到磁场信号的B_y-B_x特性曲线长轴倾斜角度为裂纹缺陷特征值，可以有效地检测出不同方向的裂纹缺陷，为铁磁性材料表面裂纹方向检测提供一种新的方法。     

基于morlet小波与模态分析的突发型声发射源定位研究

在建立基于声发射技术的裂纹产生与拓展检测系统的基础上.以薄钢板为实验对象,研究了Lamb波在薄板中传播的频散及多模态特性,并结合morlet小波时频联合分析方法,提出了一种针对声发射信号在薄板中传播时产生的不同模态进行识别的方法.通过提取不同模态波到达同一传感器的时间差并依据不同模态波对应的波速实现对出现裂纹的位置进行定位.经过实验研究表明,运用该方法不仅能准确地识别A0、S0模态波并实现对声发射源进行精确定位.     

基于振动响应分析的盆式绝缘子损伤检测系统

目前盆式绝缘子损伤检测方法为被动式,且存在漏检现象。提出了一种基于Lamb波的主动激励式盆式绝缘子损伤检测系统的设计方案。该系统通过粘贴在盆式绝缘子表面的压电元件激发Lamb波,利用Lamb波在盆式绝缘子内部传播过程中遇到损伤时传播特性会发生改变的特征,通过差值法和阈值判断法对接收端的Lamb波分析处理判断出盆式绝缘子内部损伤状况。试验结果表明所设计的系统能够准确的检测出微小损伤并确定损伤区域,具有良好的应用前景。     

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。     

高分辨率超声Lamb波频散曲线测量与板厚估计

超声Lamb波在工业无损检测与 评价中具有广阔的应用前景。但受制于超声导波多模式频散与混叠的影响,如何实现高分辨率超声导波的模式分离与频散曲线提取,进而定量分析材料的健康状况一直是研究的热点与难点。本文旨在将现代信号处理中广泛采用的谱估计技术应用于超声Lamb波阵列信号分析,并通过提取频散曲线定量测量板厚度。以经典参数谱估计法中的Yule-Walker法与Burg法为例,实验测量和分析了3 mm,4 mm和 5 mm厚铝板中的宽带多模式Lamb波信号,准确地提取了铝板中的宽带Lamb波频散曲线,并比较了两种经典谱估计方法与二维傅氏变换法的性能,最终实现了铝板厚度估计。     

时频分析在复合材料无损检测中的应用研究

随着复合材料检测的发展,Lamb波无损检测技术日益受到重视。根据Lamb波多模式和频散的特点,以群速度-频厚积曲线为基础,采用短时傅利叶变换（STFT）的时频分析方法,以层合板复合材料为实验对象,与单独在时域、频域中分析相比较,结果表明：STFT可有效地识别Lamb波的传播模式,并可准确地对能量成分进行分析。     

相控阵超声监测成像与直方图匹配图像增强实验研究

相控阵超声监测成像是通过控制Lamb波发射与接收的时间延迟而控制其指向,当特定方向的Lamb波指向结构中损伤时形成反射信号,由此监测结构中损伤;将监测结构扫描范围内不同方向上Lamb波信号的归一化幅值用二维灰度图像显示,实现结构损伤成像。由于相控阵监测所得原始图像并不完美,因此,利用直方图匹配图像增强方法对原始图像进行处理,通过划分损伤图像的灰度级、统计各灰度级的分布情况、计算各灰度级的概率密度函数,得到直方图匹配处理的最终灰度变换关系,利用原始图像与输出图像各灰度级的映射关系,修改原图像的灰度级,获得增强图像。该方法在铝板、玻璃纤维复合材料结构与碳纤维复合材料结构中进行实验分析,验证方法的正确性和有效性。     

雷达谐波谱分析在电磁兼容中的应用

在对雷达间电磁兼容状况进行预测时,雷达间距离往往很近,不同波段的雷达间可能存在谐波干扰,需要对雷达的谐波在频域和近场空间的分布情况进行分析。根据谐波产生和辐射的机理,利用傅里叶变换和天线近场理论,结合典型雷达信号形式,分析雷达谐波在频域和近场空间分布情况。结果发现雷达谐波在频域上带宽和基频信号形式相关,谐波抑制度与基频信号幅度、信号形式、雷达放大器非线性系数、谐波次数相关;雷达谐波在近场空间上的分布(以相控阵雷达为例)除了与基频有相同主波束指向外,还存在对称的栅瓣,波束宽度较远场明显展宽,增益下降。研究可为不同波段雷达间谐波干扰准确预测和测试提供参考。     

激光器电压调制驱动与锁相放大电路的研究

为解决光频漂移对气体浓度检测的影响,根据分布反馈式半导体激光器的波长可调制特性,设计了一种激光器电压调制驱动与锁相放大电路。该电路的电压调制驱动电路输出波形是2 Hz的锯齿波和2 kHz的方波的叠加,其中:2 Hz的锯齿波使激光器的中心波长缓慢扫过气体吸收中心线,确保气体吸收光强;2 kHz的方波一方面对激光器的波长进行二次微量调节,另一方面作为谐波检测的同步信号。锁相放大电路则对不受激光器波长漂移的激光调制信号3次谐波进行锁相放大。Matlab仿真结果表明,该电路的输出与模拟气体浓度吸收光强函数的幅值成比例,同时证实了检测3次谐波的可行性。     

基于半波激励的磁调制传感器设计与验证

基于磁调制传感器的工作原理,创新性的提出了通过采用半波激励信号简化设计双磁芯磁调制传感器的方法.传统磁调制传感器是在环形磁芯一次绕组中通以完整的方波、正弦波或锯齿波作为激励信号,然后提取磁芯二次绕组中感应信号的二次谐波来对被测直流信号进行检测的,此二次谐波反映被测直流信号的大小与方向.笔者通过实验发现,若通以半波激励,可反映被测直流信号的谐波由二次谐波变为一次谐波,此时相敏检波电路参考信号无需倍频,因而在器件中可省去倍频电路.分别采用方波、正弦波和锯齿波及其相应的半波作为激励信号进行了实验分析,结果表明,半波激励可以获得更为理想的检测波形,能更好地反映被测电流的大小,提高传感器的灵敏度.     

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。