超声衰减法测量颗粒粒度大小

提出一种基于两个频率下超声衰减系数测量,并结合ECAH超声衰减模型得到悬浊液中颗粒平均粒径的方法.并通过对亚微米范围的钛白粉悬浊液在1和2MHz频率下进行测量.测量结果与消光法测量进行对比,表明该方法应用到颗粒粒度大小测量是切实可行的.     

悬移质溶液超声衰减分析及固相浓度反演

基于 McClements 模型对悬移质两相流声传播进行分析,通过数值模拟探究了悬移质溶液中固相浓度、粒径以及超声频 率对声衰减系数的影响作用,其中超声频率的 0. 5 次幂、固相浓度分别与衰减系数呈现一次正相关,固相粒径与衰减系数则呈 现一次负相关。 分别得到 3 种因素单独影响下的拟合函数,并建立固相浓度的反演模型,该反演模型与 McClements 模型计算 结果之间的相对误差小于 2% 。 搭建了悬移质溶液衰减系数及浓度测量试验系统,进行了在粒径 r = 75 μm,超声频率分别为 700 kHz、1. 1 MHz 条件下的固相浓度测量实验,实验结果表明,基于反演模型推演所得浓度值与实际设定浓度之间的最大相对 误差为 11. 2% (700 kHz)和 9. 6% (1. 1 MHz)。 所构建的反演模型可为悬移质浓度测量设备的研究提供一定的理论参考。     

线圈结构对EMAR测量衰减系数的影响

利用EMAR测量衰减系数可以避免传统方式中横纵波转换等带来的干扰,具有较强的实用价值。文中分析了不同形式的线圈的声场分布,指出蝶形线圈和单导线线圈激励声场的区别,并进一步分析了不同形式线圈的组合对接收回波衰减情况的影响,指出如果采用单导线形式的线圈作为发射或者接收,均可以得到较为准确的衰减系数。     

微观组织及测量信号对超声横波评价材料硬度影响

硬度是材料力学性能的重要指标之一,采用超声无损检测方法评价材料硬度指标目前还存在诸多挑战。通过搭建高精度声时测量系统,采用横波直探头脉冲反射回波法测量不同热处理45钢试件厚度方向超声横波传播声时和底面反射回波幅值,分别计算横波声速和衰减系数;在测量超声横波声时,改变测量声时门信号的测量方式,研究不同微观组织及测量信号对超声横波声速的影响,通过构建材料硬度-微观组织-超声横波声速及衰减系数之间的映射关系,建立超声横波评价45钢试件硬度指标的标定模型,并对标定模型进行验证。研究表明,横波声速可以作为评价45钢试件硬度的评价参数,测量误差满足工程应用误差10%的要求;测量横波衰减系数与材料硬度之间的变化没有明显的映射关系,不能作为评价45钢试件硬度指标的评价参数。     

压电测试法测定填料的基本特性

根据压电测量的基本原理，用压电薄膜传感器对装配条件Ｔ３种单圈填料的侧压系数、摩擦系数和衰减系数以及３种填料的１５种组合形式的轴向压力和侧向压力的分布进行了测试，为研究动态条件下组合填料的密封性能提供了可靠的依据。     

光学隐蔽深度测量系统的小型化设计

为了保障航行器水下航行时对可见光波段光学隐蔽的需求,以及实时测量其所在位置的光学隐蔽深度,设计了小型化可见光波段的光学隐蔽深度测量系统。根据光学隐蔽深度模型,优化设计了海水上行辐照度、海水下行辐照度、海水漫衰减系数、海水体衰减系数的测量方法。优化设计后的系统有21个测量通道,测量光谱为390~667nm,工作深度可达50m。进行了海上试验,试验结果显示:在天气良好的条件下,水下航行器在520~560nm可见光波段内存在暴露窗口,同时测得特征长度为0.75m的模型的光学隐蔽深度为3.5m。得到的结果表明,设计的小型化可见光波段光学隐蔽深度测量系统可以实现光学隐蔽深度的测量,测量装置具有体积小、重量轻、系统性能稳定等优点,适用于水下航行器搭载,可为下一步实现可自主升降的光学隐蔽深度测量系统设计提供理论技术支撑。     

复合结构界面粘接质量的超声衰减法研究

为满足评价复合结构界面粘接质量的需求,研究了界面声压反射率与有机玻璃-钢复合结构界面粘接质量间的关系。采用超声反射法测量了由不同粘接性能胶粘剂制备的粘接试件回波的幅度积分曲线,利用高斯拟合对幅度积分曲线进行特征提取,根据拟合得到的衰减系数表征粘接界面上超声波的反射情况进而表征界面粘接性能。试验结果表明,衰减系数可准确评价复合结构界面的粘接质量。     

连续体机械臂振动特性研究

连续体机械臂的振动是制约其应用的重要因素,在不同的伸长量及不同的弯曲角度下,其振动的阻尼固有频率与衰减系数是不同的,且无法通过理论计算得出,这为连续体机械臂在运动中振动抑制带来了困难。本研究开发了可变长度的连续体机械臂实验平台,利用加速度传感器测量连续体机械臂在不同位姿时,对连续体机械臂末端给定牵引长度并释放时加速度,采用基于参数识别方法标定了连续体机械臂末端振动特性参数,标定了不同位姿参数下连续体机械臂的一阶阻尼固有频率与衰减系数,得到一阶阻尼固有频率与衰减系数关于连续体机械臂长度与弯曲角度的函数。结合加速度传感器所测连续体机械臂末端角速度得到了完整的连续体机械臂末端振动模型。最后通过实验对末端点振动模型进行验证,误差小于10%。     

大量程磁致伸缩位移传感器的应力波衰减特性研究

为研制大量程磁致伸缩位移传感器,对应力波的能量衰减特性进行研究。提出了衰减系数测试方法,给出了衰减系数的计算表达式及其修正方法。搭建了磁致伸缩位移传感器实验平台,测试了应力波在Fe-Ga和Fe-Ni波导丝中传播的衰减系数,确定了波导丝线径、应力波频率和波导丝所受应力对衰减系数的影响规律。结果表明,线径为0.6 mm的Fe-Ga和Fe-Ni波导丝在不受应力作用时,频率54 k Hz的应力波衰减系数分别为0.154 8 Np·m~(-1)和0.180 8 Np·m~(-1);衰减系数随波导丝线径的增大而增大;衰减系数随应力波频率的增大而增大;衰减系数随波导丝所受应力的增大先减小后趋于稳定。在设计大量程磁致伸缩位移传感器时,为减小应力波的衰减,可选择线径为0.4 mm的Fe-Ga波导丝、应力波频率为32 k Hz、波导丝所受应力60 MPa。     

氢蚀430不锈钢中超声表面波的传播特性

对超声表面波在电解充氢430不锈钢中的传播特性进行了试验,使用ABWML-4ST-90°表面波探头、PCI卡采集超声波数据,利用公式得到衰减系数,并测定了充氢前后材料的显微硬度.结果表明:随着电解充氢过程的不断进行,超声表面波衰减系数显著增大,波速显著降低,与钢中氢浓度趋近于线性关系;当材料表面的氢浓度达到饱和后,衰减系数和波速也趋于恒定;不锈钢发生氢蚀后显微硬度出现了明显的下降.     

Ｑ２４５Ｒ钢非线性超声特性与晶粒度级别量化关系研究

利 用 非 线 性 超 声 检 测 技 术 ,对 不 同 晶 粒 度 级 别 的Ｑ２４５ Ｒ钢 试 件 进 行 非 线 性 超 声 特 性 实 验 。 测量 相 同 激 励 条 件 下 的 超 声 波 在 晶 粒 尺 寸 不 同 的Ｑ２４５ Ｒ钢 中 传 播 时 的 声 速 、衰 减 系 数 和 二 阶 非 线 性 系 数 ,并根 据 所 得 数 据 ,分 析 非 线 性 超 声 特 性 与Ｑ２４５ Ｒ钢 晶 粒 度 级 别 的 相 关 性 ,建 立 量 化 关 系 。 实 验 结 果 表 明 ,超 声波 在Ｑ２４５ Ｒ钢 中 传 播 时 ,声 速 随 晶 粒 尺 寸 改 变 的 变 化 并 不 明 显 ,衰 减 系 数 先 上 升 后 下 降 ,其 非 线 性 超 声 系 数随 着 晶 粒 度 级 别 的 增 大 而 呈 线 性 增 大 。     

螺栓轴向应力的非线性超声检测技术研究

在工作过程中,螺栓常受到轴向应力的作用,作为最常见的紧固件之一,螺栓的服役质量对于安全生产至关重要。非线性超声技术对材料内部微结构的变化敏感,在检测螺栓轴向应力方面有极大的潜力。根据超声波在各向同性材料内部的传播规律,分析了非线性系数与基波幅值以及高次谐波幅值之间的关系,搭建了非线性超声检测系统。以45钢和304不锈钢材质的螺栓为研究对象,对不同轴向应力下的螺栓进行非线性超声检测,得到非线性系数与螺栓轴向应力之间的关系曲线。结果表明,螺栓的超声非线性系数随轴向应力的增大而单调增加,当轴向应力超过一定值时,非线性系数显著增大,说明非线性系数对应力变化敏感,可以用来表征螺栓的轴向应力。通过对相对非线性系数进行归一化和多项式拟合,得到螺栓轴向应力与归一化相对非线性系数之间的函数关系,然后采用非线性超声和线性体波检测两种方法对电子拉伸试验机施加的螺栓轴向应力进行检测验证试验,200 MPa以上的轴向应力采用非线性超声检测误差在6%以下,明显优于线性超声体波检测,研究结果为服役状况下螺栓的轴向应力检测提供了有效支撑。     

金属材料小缺陷超声反射信号建模及识别

为了能从含噪声金属材料超声检测信号中有效识别出微小缺陷回波,建立了金属材料超声反射信号模型并提出了基于相关系数的微小缺陷回波识别方法。对含微小缺陷金属材料超声脉冲反射信号的成分进行分析,建立了基于散射声场与高斯回波理论的优化超声回波模型。设计了超声缺陷回波位置识别方法。该方法对超声脉冲反射信号去噪后,取探头发射脉冲信号为参考信号;然后与去噪后的信号逐段求解相关系数;最后对该相关系数序列进行阈值化处理,获得缺陷回波在超声回波信号中的位置。将利用上述优化超声回波模型生成的超声反射信号及其频谱与实验获得的金属材料超声反射信号及其频谱进行了对比,结果表明:两者的时频域特征具有一致性。当将阈值设定为相关系数序列最大值的60%时,能够有效从超声背散射信号中识别出金属材料微小缺陷回波。     

GH4169晶粒尺寸的多参数超声评价方法

考虑到单个超声响应特性参数反应出晶粒尺寸的特征信息不够全面,提出将多个超声参数相结合,构建面向GH4169晶粒尺寸无损定量表征的多参数超声评价方法。依据相关性度量准则,从声速、衰减系数、非线性系数等8个超声参数中选取有效参数;构建二次多项式的映射模型,将选取的多维参数降成单维参数并进行量纲一化处理;在对单维参数与晶粒尺寸拟合过程中,构建以两者平均绝对误差最小为目标的优化问题并结合进化算法进行求解,寻找最佳的映射函数和拟合函数系数;最终建立多参数超声评价模型。经测试样本验证表明,与单一参数的声速法模型、衰减系数法模型和背散射EMD法模型相比,所建模型评价结果精度高,性能稳定、误差小且有着良好的评价效应;融合了多个超声检测参数而保留了对晶粒尺寸的响应信息,提高了测量精度和抗干扰能力。     

304不锈钢点蚀损伤的非线性超声表征

利用非线性超声表面波检测技术实现了对304奥氏体不锈钢点蚀损伤的无损表征。将固溶态304奥氏体不锈钢在质量分数为6.0%,10.0%,14.0%的FeCl_3溶液中,分别浸泡6,12,18h。利用OLS4000激光共聚焦显微镜对浸泡试样进行表面形貌的观察、稳态点蚀孔三维形貌以及尺寸的测量,利用RAM-5000测量超声表面波非线性系数,基于蚀孔微观形貌和尺寸变化分析点蚀损伤的非线性系数变化规律。结果表明:归一化非线性系数随超声表面波传播距离的增加而逐渐增大;表面波传播距离一定时,归一化非线性系数随浸泡时间的延长和溶液质量分数的升高而单调递增。超声波与点蚀引起的材料不连续界面相互作用,造成界面间的应力-应变非线性效应,且非线性效应随点蚀损伤的加剧被累积,这一结论对奥氏体不锈钢点蚀研究具有较大的参考价值。     

超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响

研究GCr15/45#钢摩擦副在4种不同黏度的润滑油润滑时,有和无超声振动下的摩擦磨损性能,采用扫描电子显微镜分析磨痕表面形貌,探讨在不同黏度润滑油作用下,超声振动对润滑油摩擦学性能的影响机制。结果表明:超声振动对不同黏度润滑油摩擦学性能的影响是不同的;超声振动可以提高低黏度润滑油润滑的减摩抗磨性能,如在6#白油润滑时施加超声振动后,摩擦副间的摩擦因数和磨损体积分别减小了13.6%和17.5%;高黏度润滑油润滑时,超声振动会加剧摩擦副的摩擦磨损,如在150BS润滑时施加超声振动后,摩擦副间的摩擦因数和磨损体积分别增加了10.4%和50%。     

Measurement of Attenuation of Ultrasonic Propagating through the Thin Layer Media with Time Delay Spectrum

The ultrasonic attenuation coefficient is one of the most important acoustic parameters to character the performance of a thin layer media, but it can not be measured due to mutual superposition of multiple reflected waves at the same interface in ultrasonic testing. Ultrasonic pulse echo and lamb wave to evaluate the thin layer media can not obtain attenuation coefficient at present. In this paper, analytical method was used to study the acoustics characteristic of thin layer media with the ultrasonic echo testing. Meanwhile, the process of ultrasonic attenuation measurement was presented. Simulation and experimental investigation is focused on a thin layer of rubber. Attenuation coefficient was introduced and evaluation mathematics model was established by the two echoes cross-correlation with and without the thin layer media based on the time delay spectrum. It involved the parameters related to the acoustic properties of the thin layer media. Through calculating the sound velocity and acoustic impedance with the evaluation model, it can deduce the relation between the attenuation coefficient and the frequency. Through analyzing the simulation results, it indicated that the attenuation coefficients were invariable with the varying of the frequency. However, the attenuation coefficients increased with the frequency increasing by ultrasonic testing the thin layer of rubber. The reason was that the attenuation factor was not taken into account during the simulation. This method overcomes shortcomings that the traditional ultrasonic testing can not evaluate the thin layer media whose thickness is less than motivation wavelength. It is a new solution to study the attenuation characteristic and on-line nondestructive evaluation in the thin layer media.     

超声振动磨削运动学分析

建立了超声振动磨削加工过程数学模型,对超声振动磨削运动学特性进行了分析,通过引入速度系数K探讨了砂轮的位移和加速度的变化规律及其对加工过程的影响.分析了单颗磨粒在超声振动磨削过程中的运动特点及运动速度的变化规律.指出切削速度方向超声振动磨削具有分离、熨压和冲击的特点.     

波导内腔超声推挤装置的研制

提出波导内腔超声推挤原理和装置,采用具有频率自动跟踪系统的超声波发生器,给出变幅杆－推刀振动子系统的谐振频率、位移节点、放大倍数等计算公式,测出了声学系统的电导－电纳特性,并进行了工艺试验,探讨了超声推挤过程。     

Measurement of metal–roll interface during metal rolling using normal and oblique ultrasonic reflection

ABSTRACT

It is important to monitor the roll bite interface during metal rolling to maintain the product size and homogeneity so as to minimize the material wastage. However, the harsh nature of cold rolling makes installation of sensors in metal roll for industrial applications difficult. The present study used a novel ultrasonic measurement technique whereby an ultrasonic signal went through an external sensor layout arrangement to study the metal-roll interface. The reflection coefficient obtained from the roll-strip interface at 0° to the roll surface (normal ultrasonic measurement technique) and 19° (oblique ultrasonic measurement technique) were modelled and experimentally investigated on an instrumented pilot metal rolling mill. Variances of 6.4% and 8.8% were obtained in the reflection coefficient of the techniques from experimental and modelling approaches, respectively. This showed that both techniques could be used to study the effect of the angle of incidence wave on the reflection coefficient.