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.     

超声波检测系统前端电路设计

基于超声波污垢检测系统,介绍了超声波激励与接收电路的设计过程.该电路包括高压电源、脉冲发射电路以及回波信号接收电路.设计的高压电源模块产生300V的直流电压;脉冲发射电路采用电容瞬间放电原理产生高压脉冲;超声波回波信号采用非线性放大电路进行信号的放大.所设计的电路实现了超声波收发的功能.     

电磁超声相控阵大功率高频激励源设计开发

为实现电磁超声相控阵在埋地钢质管道内超声波能量聚焦,增强管壁缺陷检测精确度,基于射频理论及DE类功率放大器技术,提出了一种电磁超声相控阵多通道大功率高频激励源设计方法.通过现场可编程门阵列(field-programmable gate array,FPGA)数字延迟方式对采样时钟进行精确控制,以实现激励源多通道脉冲序列时序和相位的延迟.采用光纤隔离脉冲信号以及电源隔离转换参考电位,有效解决了激励源高频"浮栅"驱动问题.研究了DE类功率放大器开关管和放大电路的工作特性,并基于Pspice软件建立了DE类功率放大器仿真模型,实现了对放大电路元件参数的优化和性能指标的验证.实验结果表明:设计开发的激励源能够实现1 ns延时精度的脉冲序列,当工作频率为1.1 MHz以及工作电压为300 V时,电磁超声阵元输出的交变电流峰峰值为20 A,输出功率为1.5 kW,从而满足电磁超声相控阵检测技术的要求.     

微弱光电信号的检测与采集

针对光电倍增管接收微弱光电信号的检测问题,研究了基于H7712光电倍增管的微弱光电信号的检测与采集方法,研究光电检测技术原理,分析影响微弱检测信号的因素;利用高响应、低噪声OPA686设计信号放大处理电路,采用12位高精度A／D转换器设计信号采集电路．实验结果表明：本设计的电路可以对微弱光信号进行放大处理,响应的输入信号频率可以达到100kHz,可以探测到大于3mV以上的光信号．     

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.     

测量微振动的光纤Sagnac干涉传感器

提出了一种光纤Sagnac干涉传感器,用于固体表面传播的超声波产生的微弱振动检测.当超声波信号在固体中传播并作用于光纤传感器的敏感环时,干涉仪的输出光强度受到了超声信号的调制;通过检测干涉仪的输出光强度并利用Fourier变换,获得了超声信号的频率特征.对传感系统的相位调制特性进行了仿真,并对实验结果进行了分析,结果表明该系统可用于固体中传播的超声波的频率特征识别.     

超声检测激励方式优化

超声检测是典型的激励-响应检测,在应用中对探头的激励方式将影响接收信号幅度。本文对探头的工作机制用阻尼振子的简化物理模型进行了类比分析并设计了一系列实验,发现对由收发探头构成的系统,接收信号的幅度与激励信号的幅度成线性关系且近似正比例关系,该系统还具有尖锐的频响特性,而且接收信号的最大幅度随脉冲数目的增加以近似负指数形式逐渐增加并趋于稳定。这一系列实验为超声检测驱动方式的设计提供了优化方向。     

多功能超声波检测系统的信号采集及放大电路模块的研制

针对传统超声波探伤仪在进行在线检测时存在抗干扰能力差、灵敏度低等缺点,通过对超声波检测系统原理的介绍,设计了一种用于多功能超声波检测系统检测信号的采集及放大电路模块.文中主要介绍了构成该电路模块的同步电路、触发—发射电路、限幅—放大—检波电路、模块增益调节电路等4种电路的结构设计、工作原理及性能特点.该电路模块较好地解决了超声波探伤在在线检测时存在抗干扰能力差、灵敏度低等缺点.     

光纤Michelson干涉仪的声发射检测实验研究

提出了一种基于Michelson干涉仪原理构成的非接触式光纤超声传感系统，用于固体中传播的超声波的检测．这种传感器的特点是能够精确地检测由固体中传播的超声波产生的微弱振动．当超声波信号导致反射器振动时，干涉仪的输出光强度受到了超声信号的调制．通过检测干涉仪的输出光强度，并利用Fourier变换，测得了超声信号的振幅和频率．对传感系统的位相调制特性进行了仿真，并对实验结果进行了分析，表明该系统可用于固体中声发射的频率特征识别．     

电磁超声相控阵激励源高频隔离驱动电路

为了进一步提高电磁超声相控阵激励源的工作效率,基于半桥拓扑放大结构提出了一种电磁超声相控阵激励源高频隔离驱动电路的设计方法.根据金属氧化物半导体场效应晶体管(metal oxide semiconductor field effect transistor,MOSFET)的简化模型,分析了MOSFET在开通和关断过程中的开关损耗,从而给出了高频隔离驱动电路所必须满足的条件.通过采用光纤器件隔离脉冲信号和DC-DC隔离电源对参考电位进行转换,有效解决了驱动电路的高频"浮栅"问题,并利用RC微分电路和施密特反相器设计了驱动信号死区时间可调电路.实验结果表明:设计的驱动电路能够输出频率为1.1 MHz、死区时间为0.32μs、驱动电压为18.8 V、占空比为26%的互补驱动信号,并且在驱动MOSFET栅极的实际应用中,有效降低了功率开关管的功率损耗.     

微波致热超声成像系统的研究

生物组织在微波脉冲的激励下,会因热膨胀产生超声信号.正常组织与病变组织的电特性存在很大的差异,因此采用微波照射、利用接收的超声波成像的方式可以为检测组织的早期病变提供更大的可能.该文介绍了微波致热超声成像原理和系统的组建,从理论上分析了影响系统分辨率的因素.基于已搭建的初步实验平台,用处于单一背景下的简单目标为实验样品进行实验,利用采集的数据进行了成像研究.     

采用PZT传感器激励和接收超声导波

采用PZT传感器在钢管中激励并接收超声导波,研究导波在管道中传播时的反射、透射现象。实验表明,利用斜探头可以在管道中激励和接收超声导波并可对管道中的缺陷进行检测。利用斜探头激励出的超声导波,具有环绕圆管传播的传播形式,该导波与缺陷相互作用而产生缺陷回波;当斜探头偏离缺陷所在母线成某一角度时,接收探头可接收到该缺陷的最大回波信号。     

用于超声振动切削加工的放大电路

本文介绍一个用于超声振动切削的新型ＡＣ－ＡＣ放大电路。该电路将输入０－５Ｖ正弦信号放大到０－４００Ｖ，并且在２０－５０ｋＨｚ的频率范围内输入信号的频率和电压可按需要进行调整，输出信号稳定。     

光纤中的受激喇曼散射与放大

本文阐述了受激喇曼放大的基本原理以及光纤传输中前向喇曼放大的分析计算方法,并着重介绍利用 Nd:YAG 激光器,在多模及单模光纤中进行的受激喇曼散射实验和喇曼放大实验.在这些实验中,得到了5级喇曼散射光谱,并实现了用光泵浦的方法放大弱光信号.利用受激喇曼散射研制光纤激光器以获得新频率的、可调谐的相干幅射,以及实现光纤中弱光信号的喇曼放大是很有前途的新方法.     

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。     

超声压电换能器工作频率的温度自动补偿系统研究

超声压电换能器是中小口径超声波流量计的核心部件,工作环境温度会直接影响超声压电换能器的最佳工作频率,导致流量计计量不准确。以双通道超声波流量计为平台,设计了一个超声压电换能器工作频率的温度自动补偿系统。通过实验获取不同工作环境温度下的超声压电换能器最佳工作频率,并以性能最接近的两对超声压电换能器最佳工作频率的均值作为激励发射频率;设计了一个激励脉冲信号发射系统,根据工作环境温度通过查表法获取超声压电换能器的激励发射频率,自动完成超声压电换能器工作频率的温度补偿。通过实验分析了温度补偿系统对流量计渡越时间和流量标定的影响,结果表明:该系统能够实现超声压电换能器温度自动补偿;经过温度补偿的超声波流量计引用误差控制在1.5%之内,达到二级精度仪表标准。     

电磁超声兰姆波换能器在金属板检测中的优化

为了提高电磁超声波在金属板中的传播距离,研究了金属板检测中的电磁超声兰姆波换能器的换能机理.通过分析兰姆波在金属板中传播的频散曲线,得出低频率范围内A0、S0模态兰姆波具有远传特性.对兰姆波换能器进行仿真计算,分析了在单极型永磁铁和马蹄形磁铁作用下,线圈受到的磁感应强度和洛伦兹力的分布情况,并对马蹄形兰姆波换能器进行了实验研究.结果表明,当激励频率为400 kHz时,S0模态兰姆波得到了有效抑制,使A0模态兰姆波幅值达到最大,传播距离可达18 m;在马蹄形磁铁作用下,兰姆波换能器的有效检测距离是单极型磁铁的1.8倍.     

应用于电磁超声的DE类功率放大器驱动电路设计

为了进一步增强电磁超声激励源的激发效能,提高电磁超声换能器的工作效率,基于射频技术提出了一种DE类射频功率放大器,通过采用隔离电源方法,有效地解决了高边金属-氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的“浮地”问题,实现了高频隔离.通过分析MOSFET开关工作状态及控制特性,确立了MOSFET开关的基本工作过程,从而建立了一种MOSFET驱动电路设计方法.通过对关键元件的选型设计与算法研究,构建了DE类功率放大器的驱动电路.实验结果表明:设计的MOSFET驱动电路的输出信号电压幅值为13.4V,占空比50％,频率为1MHz,输出信号稳定,实现了对MOSFET的可靠驱动,能够满足实际应用.     

双程脉冲激光放大器动态输出特性研究

基于双程放大的基本原理,构建了一个双程脉冲激光放大器的实验模型,从脉冲激光双程放大速率方程组出发,建立双程脉冲放大理论模型,研究脉冲在双程放大系统中的传输特性,得到双程脉冲放大系统放大自发辐射能量与泵浦能量之间的关系、放大自发辐射能量与信号光重复频率之间的关系以及增益与输出信号光功率的关系。最后通过计算得到该放大系统模型的品质因数Q。     

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.