EMAT激发超声兰姆波的模式展开分析

0前言因超声兰姆波的多模和频散特性,使其在激励、接收和模式识别等方面存在较大的复杂性[1]。本文提出一种研究电磁超声换能器(EMAT)激发超声兰姆波的模式展开分析方法。从EMAT曲折线圈的电流分布出发,推导出铝板表面洛伦兹切向应力的形式解;对其进行空间傅立叶变换,得到激发超声兰姆波的表面应力之波数谱密度。在此基础上采用导波的模式展开分析方法,推导出与曲折线圈的     

基于空气耦合超声对储油罐液位的检测

随着石油在国民生产生活中的广泛应用,对储油罐油品液位的无损检测技术要求越来越高。针对储油罐罐壁厚度为5 mm的钢制储油罐为对象,探讨空气耦合超声检测技术对储油罐检测的可行性。利用数值计算和试验分析两种方法,使用空气耦合超声换能器激励出钢板中不同模态的兰姆波,对储油罐内不同介质中兰姆波传播进行模拟,分析不同参数对接收信号幅值以及储油罐内不同介质接收到泄漏兰姆波幅值大小的影响。结果表明,使用空气耦合超声泄漏兰姆波对几种不同介质的界面在10 mm范围内能够进行良好区分,其检测结果满足实际检测需求,可以利用泄漏兰姆波A0模式对储油罐液位进行检测。     

声表面波标签的相参阅读器设计

现有与声表面波标签匹配的阅读器通常采用非相参的超外差结构,并通过开关截断以产生激励脉冲信号。由于开关闭合时刻和本振信号初相位的随机性,该方案所测回波相位为一个不确定的值,无法与距离等待测量建立函数关系。本文设计了一种相参阅读器,在发射链路使用功分器将信号源产生的信号分为两路同相信号,并把其中一路引入接收链路的下混频器作为本振信号,由此可使回波相位为一确定值。实际制作了阅读器电路,测试了发射、接收链路,并结合声表面波标签进行了实验,通过与矢量网络分析仪测量结果对比,表明了该阅读器的有效性。     

压电换能器对兰姆波影响的仿真

0引言兰姆波由于传输距离远、检测范围广,一直是国内外无损检测领域研究的热点。频散现象和模态混叠使兰姆波的传播特性十分复杂。解决办法之一就是通过换能器激发单一的模式[1]。考虑高效和低成本,采用压电换能器激励和接收兰姆波是无损检测的常用方法[2]。传统的兰姆波仿真通常不考虑传感器对兰姆波的影响。本文通过有限元软件COMSOL时域分析兰姆波在铝板中的传播状况,为无损检测提供参考。     

基于P&T-GC/MS指纹图谱评价丝束加香滤棒质量的稳定性

目的 形成丝束加香滤棒质量稳定性的评价体系。方法 实验采用吹扫捕集-气相色谱-质谱技术（Purge&Trap-Gas Chromatography-Mass Spectrometry,P&T-GC-MS）结合“中药色谱指纹图谱相似度评价系统”对丝束加香滤棒中特征香味成分进行分析,以建立P&T-GC-MS指纹图谱,并利用欧氏距离法计算其相似度,以及聚类分析法评价不同批次间样品的差异性。结果 相同浓度、不同批次丝束加香滤棒的相似度均高于0.920,表明批次间、批次内样品的质量稳定性较好;各特征香味成分峰面积、保留时间的RSD值均小于1.70%,表明该方法具有良好的精密度、稳定性和重现性;所建的丝束加香滤棒标准指纹图谱与聚类分析结果一致,可将不同浓度的丝束加香滤棒进行有效甄别。结论 该方法可为评价丝束加香滤棒的质量稳定性提供参考依据。     

电磁超声兰姆波换能器多目标优化设计

针对电磁超声兰姆波换能器激发的兰姆波存在多模式、频散现象和信号较弱的问题,结合铝合金板材检测背景,提出一种基于＂双交点法＂、＂零斜率准则＂和正交试验设计相结合的电磁超声兰姆波换能器多目标优化设计方法。其中,＂双交点法＂可有效削弱兰姆波多模式现象的影响,＂零斜率准则＂能够有效降低兰姆波的频散现象,而正交试验设计方法可有效提高电磁超声兰姆波信号的幅值。依据所提优化设计方法,对一个在铝板检测中常用的电磁超声兰姆波换能器的9个主要参数进行了多目标优化设计。实验表明,优化后,兰姆波信号中的多模式、频散现象得到显著抑制,而且信号幅值得到明显提升,有效改善了电磁超声兰姆波换能器的工程实用性。     

采用双本振源激励的声表面波谐振器无线测量系统

在声表面波无线传感的实际应用中,针对以差动形式同时出现的两个声表面波谐振器设计了一种采用双本振源激励的阅读器,每次产生包括两个载波频率的激励信号,使两个谐振器同时响应。实际搭建了无线测量系统,对阅读器的发射和接收链路进行了测试,并通过上位机实时显示谐振频率,测量结果表明了系统的可靠性。最后,实验分析了系统在不同载波频率激励信号下的差动频率测量结果和最远测量距离。     

无线传感器网络LEACH协议改进

本文在对现有分簇技术如LEACH协议进行深入全面分析的基础上,提出新的基于剩余能量和距离的争先式多跳簇生成算法。算法有两个特点,1）提出“参考能量”的概念,由节点自身剩余能量和参考能量的比值确定节点成为簇首的优先度,凭优先度争先成为簇首,同时考虑节点与基站的问距,判断“参考距离”,使簇首分布均衡。2）基站需要用一个给定的发送功率向网络内广播一个信号。每个传感器节点在接收到此信号后,根据接收信号的强度计算它到基站的近似距离。获得这个距离不仅有助于传感器节点向基站传输数据时选择合适的发送功率以节约能量消耗,而且还为本算法构造非均匀大小的簇。     

基于多特征融合的乐器声品质评价方法研究

在乐器声品质研究中,以往研究主要是从乐器的结构以及物理特性出发,忽略了乐音本身的重要性以及客观评价测量的不易实现性.为此,提出了一种基于多特征融合的乐器声品质评价方法.通过主观评价法获取乐器琵琶的声品质评价结果,建立具有主观评价的乐音信号库作为实验对象;提取乐音信号的相关系数(CC)、常数Q变换(CQT)和梅尔频率倒谱系数(MFCC)作为单一特征输入,以及多特征融合输入;并构建基于BP神经网络的乐器声品质评价模型.实验结果表明,该方法可以很好地应用于乐器声品质评价.     

阵列EMAT相控延时激励实现兰姆波模态控制与增强的研究

兰姆波具有频散、多模态特性,导致在检测过程中难以区分回波信号.针对这一问题,进行阵列EMAT相控延时实现单一模态兰姆波控制激励与增强的研究.在不改变EMAT配置方式、结构及参数的情况下,通过计算阵列EMAT频率响应取得最大值时的延迟时间,将其施加到各个阵元,实现单一模态兰姆波的激励与增强.同时,研究了激励频率对增强阵列...     

多缺陷兰姆波拓扑成像

将时间反转理论与拓扑优化思想结合在一起,引入了直接声场和伴随声场的概念。通过将时间反转后的兰姆波散射信号作为伴随声场中的二次激励源,实现了信号在缺陷处的聚焦,并根据时域拓扑能量公式计算出检测区域内各点的拓扑能量值,从而对薄板内多缺陷进行表征。有限元仿真和实验表明：在多缺陷情形下,延迟叠加法（Delay and Sum,DAS）因受瑞利准则的约束而在缺陷间距小于分辨率阈值时,无法对缺陷位置进行定位;时域拓扑能量法通过兰姆波时间反转聚焦、图像融合,不仅提高了缺陷检测分辨率,还消除了多模式、有噪声环境下伪像的干扰。有效推动了兰姆波在板类结构无损检测中的应用。     

互易法校准压电型声发射传感器的研究与实现

声发射传感器的校准是实现声发射定量技术的前提,依据电声换能器互易原理,在计算互易常数的基础 上,建立了适用于压电型声发射传感器表面波和纵波互易的校准系统。通过设置特定的激励信号波形,依据接收 电压信号与激励电流信号之间的时间延迟,准确获取电流信号与电压信号对应的特征值,实现了声发射传感器的表面波和纵波互易校准。由于传感器的尺寸效应,传感器在高频时的表面波速度灵敏度低于纵波灵敏度,不确定度评定结果表明,声发射传感器速度灵敏度的互易法校准不确定度为1. 2 dB。     

碳纤维增强复合材料层合板Lamb波衰减特性研究

为提取适用于碳纤维增强复合材料层合板声发射故障诊断的模态信号,利用三维弹性理论及传递矩阵法获得Lamb波的频散曲线。以碳纤维增强复合材料层合板为研究对象搭建实验平台,改变断铅激励位置从而获得不同声发射信号。对采集的声发射信号进行小波尺度谱分析,结合频散曲线分离出不同模式的Lamb波,分别研究其不同频率的幅度及能量衰减特性。实验结果表明,较其它信号,低频率S0波幅度信号衰减速度较低,对碳纤维增强复合材料层合板的声发射故障诊断研究具有较大优势。     

Minimizing influence of multi-modes and dispersion of electromagnetic ultrasonic lamb waves

Electromagnetic ultrasonic (EMU) Lamb waves excited by electromagnetic acoustic transducers (EMATs) possess many advantages in NDT. However, their characteristic multi-modes and dispersion are disadvantageous for inspection and restrict further improvements in their real applications. By deducing the excitation equation of EMU Lamb waves, the primary design parameters of EMATs and the characteristic equation of Lamb waves are combined, and excitation curves based on the excitation equation are plotted to aid the design of EMATs. The excitation characteristic of EMU Lamb waves on different thickness of plates is analyzed according to the excitation curves. The influence of multi-modes of EMU Lamb waves is minimized by choosing reasonable operating points and operating zones to excite a single-mode Lamb wave or multi-mode Lamb waves with identical or approximate propagation velocities. The influence of dispersion is minimized by searching corresponding points whose slope of group velocity tends to zero. The validity of the proposed method is verified by experiments.     

复合材料无损检测中Lamb波的优化

如何解决Lamb波检测机理的复杂性并将之运用于复合材料损伤检测是个重要课题.以玻璃纤维增强的复合材料层合板为研究对象,搭建试验平台,利用集成在复合材料层合板上的PZT压电陶瓷片作为驱动元件和传感元件,对接收的Lamb波信号进行分析与研究,从信号频率范围、信号中心频率、波振幅值、波形个数和信号激励形式等五个方面完成Lam...     

基于弹性导波的厚钢梁结构的损伤检测

弹性导波由于其对损伤的敏感性和长距离传播特性,成为近年来结构健康监测领域的一个研究热点.探讨了利用 PZT 换能器在较厚结构中进行基于弹性导波方法的损伤识别的可能性.首先参考 Lamb 波的频散曲线,设置了导波的激励信号参数如激励频率、激励波形周期数等;基于优化的激励波形和 PZT 换能器布局,在结构健康监测实验平台上对试件进行了检测.通过对实验结果的处理分析,计算出导波的群速度,并根据群速度和飞行时间(ToF)得到了损伤的位置信息.结果表明利用导波方法能够针对较厚结构进行损伤定位并能识别出不同大小的损伤.     

On attenuation and measurement of Lamb waves in viscoelastic composites

In this work, the influence of viscoelastic material properties, as featured by fibre reinforced plastics, on the measurement of Lamb waves with the aid of surface-applied piezoelectric sensors is examined. The focus points are frequency dependent material dampening and dispersion on the one hand and the impact of sensor size, wave excitation and measurement method on the other hand. The dependence of the measured wave propagation characteristics and the deviation from the actual characteristics is investigated to assess the relevance for Lamb wave based nondestructive testing and structural health monitoring methods. The sensor responses of piezoelectric sensors bonded to the surface of a viscoelastic composite are predicted by a comprehensive model including these influencing factors. The modelling approach is compared with experimentally measured values to evaluate both the methods and the relevance of the influencing factors.     

On attenuation and measurement of Lamb waves in viscoelastic composites

In this work, the influence of viscoelastic material properties, as featured by fibre reinforced plastics, on the measurement of Lamb waves with the aid of surface-applied piezoelectric sensors is examined. The focus points are frequency dependent material dampening and dispersion on the one hand and the impact of sensor size, wave excitation and measurement method on the other hand. The dependence of the measured wave propagation characteristics and the deviation from the actual characteristics is investigated to assess the relevance for Lamb wave based nondestructive testing and structural health monitoring methods. The sensor responses of piezoelectric sensors bonded to the surface of a viscoelastic composite are predicted by a comprehensive model including these influencing factors. The modelling approach is compared with experimentally measured values to evaluate both the methods and the relevance of the influencing factors.     

用于非线性兰姆波检测的高灵敏度宽带光纤光栅传感器

光纤传感器因其灵敏度高,已逐渐应用于超声检测的研究中,但大多数光纤传感器的频带响应范围有限,约为几百k Hz,很难检测到更高频率的信号。所提出的光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器的高频检测范围可以达到4 MHz左右,大大提高了其检测带宽范围。文中将传感器应用于304不锈钢板兰姆波的非线性检测,同时与传统超声换能器的检测结果做对比。实验结果表明,用脉冲波激励信号时,FBG传感器可以检测到钢板兰姆波的基频到五倍频信号,表明FBG在检测兰姆波非线性上是有很大潜力的。     

Numerical simulation of the guided Lamb wave propagation in particle reinforced composites

This paper deals with the investigation of the Lamb wave propagation in particle reinforced composites excited by piezoelectric patch actuators. A three-dimensional finite element method (FEM) modeling approach is set up to perform parameter studies in order to better understand how the Lamb wave propagation in particle reinforced composite plates is affected by change of central frequency of excitation signal, volume fraction of particles, size of particles and stiffness to density ratio of particles. Furthermore, the influence of different arrangements is investigated. Finally, the results of simplified models using material data obtained from numerical homogenization are compared to the results of models with heterogeneous build-up. The results show that the Lamb wave propagation properties are mainly affected by the volume fraction and ratio of stiffness to density of particles, whereas the particle size does not affect the Lamb wave propagation in the considered range. As the contribution of the stiffer material increases, the group velocity and the wave length also increase while the energy transmission reduces. Simplified models based on homogenization technique enabled a tremendous drop in computational costs and show reasonable agreement in terms of group velocity and wave length.