超声lamb波在缺陷铝板中的有限元模拟

超声lamb波无损检测技术是薄板结构应用非常广泛的一种技术,本文通过对自由边界条件下铝板的频率特征方程进行求解,得出lamb波的频散曲线。根据频散曲线选择频厚积在1 MHz·mm对4mm厚铝板的缺陷检测,通过有限元仿真出的缺陷的位置并和实际位置相比较,以验证有限元分析的有效性。     

基于兰姆波的大型罐体液位定点检测方法

导出薄板单面液体负载时的兰姆波特征方程,并计算出其频散曲线.根据兰姆波中某些模态的特征参数对液体敏感的特性,提出并实现了一种利用超声导波技术实现大型罐体液位定点检测的方法,并给出试验结果.结果表明,液体负载对相速度频散曲线、能量速度频散曲线影响不大,对衰减频散曲线影响较大;试验结果与理论吻合;该方法可用于大型罐体的液位定点检测.     

双层粘接界面特性的空气耦合超声导波检测

针对粘接界面质量难以检测与评价的问题,提出了一种空气耦合超声导波检测方法.基于超声导波在双层介质中传播特性和界面弹簧模型理论,推导出了不同粘接界面条件下的频散方程.通过对频散方程的数值求解,获得了刚性粘接、滑移粘接和完全脱粘3种粘接界面质量的频散曲线.频散曲线分析表明:在A0模态的一定频率范围内,界面趋于刚性粘接时导波...     

半解析有限元法求解钢轨中超声导波频散曲线

钢轨中超声导波的频散曲线是采用超声导波技术进行无缝线路钢轨完整性检测的重要参考依据.通过传统的有限元模态分析方法,无法求解得到钢轨中超声导波完整的频散曲线,针对这一问题,采用了半解析有限元方法.求解时假设导波在钢轨中以简谐振动的方式传播,仅对钢轨的横截面采用三角形单元进行有限元网格划分,经理论推导得到超声导波在钢轨中传播的波动方程,通过求解特征方程,得到波数与频率的值,进而获取频率与相速度、群速度的关系,绘制出频散曲线.通过求解得到的特征向量还可以分析各导波模态的振动特性.实验结果表明,半解析有限元法求解得到的我国无缝线路CHN60钢轨的频散曲线与实际线路测试结果有很好的一致性.     

利用Lamb波检测垢层厚度的数值分析

针对锅炉垢层厚度检测的问题,提出一种通过Lamb波的频散特性检测垢层厚度的方法。首先,建立Lamb波在铝板-垢层双层弹性结构中的波动模型,利用半解析有限元法求解Lamb波的特征方程,绘制Lamb波的频散曲线。其次,建立铝板-垢层二维电磁超声仿真模型,通过电磁超声换能器在铝板中激发S0模态的Lamb波,得到不同采集点下的波形曲线。最后,通过对频散曲线和波形曲线的分析得知,随着垢层厚度的增加,低频S0模态Lamb波群速度变慢,高频S0模态Lamb波群速度变快,信号波群的幅值减小。结果表明,可利用S0模态Lamb波群速度变化及幅值变化进行锅炉垢层厚度检测。     

超声导波在圆管结构损伤定位中的应用

针对结构损伤会影响超声导波传播,提出基于超声导波无损检测的结构健康监测方法。以内径为174mm、外径为194mm、材料为20~#碳钢的圆管结构为例,根据频散方程利用数值法求解其纵向模态以及周向Lamb波频散曲线。同时考虑其频散曲线和波的结构,确定激励频率中心频率为80kHz。在此基础上进行有限元仿真,验证圆管中导波的传播机理及特征。针对此频率圆管纵向模态导波以及周向Lamb波的频散特性、波的结构比较接近,且都与板中的Lamb波相似,从而提出了单点激励、多点接收,并采用椭圆定位的方法,实现圆管结构损伤定位。通过仿真和实验验证该方法对切槽、圆孔等损伤的识别效果,并对损伤定位误差的影响因素进行了分析。     

LY12硬铝合金损伤缺陷的空气耦合超声检测

针对传统超声检测(液态或半固态耦合剂)会腐蚀被测材料的问题,提出了一种空气耦合超声检测LY12 硬铝合金内部缺陷的方法。利用传递矩阵法建立了空气耦合超声波在LY12 硬铝合金中的声控制方程,通过求解该方程获得了空气耦合条件下的频散曲线,与存在耦合剂的情况相比,该频散曲线的各个模态整体右移,从而为空气耦合超声实验提供了合适的检测参数。通过分析LY12 硬铝合金薄板上不同孔径缺陷获得的时域波形发现,透射波幅值随缺陷直径增大呈逐渐减小的趋势。     

基于约束置换的双驱动微夹持器刚度分析

刚度是微动机构重要的性能指标之一,准确且简便的刚度求解方法是进一步对微动机构分析与优化的重要前提。为寻找更优的刚度求解方法,根据结构力学中的力法原理探讨了一种新的刚度求解思路:将微动机构视为超静定结构,并用未知力来置换其冗余约束,转化为相应的静定结构。然后通过位移协调求得未知约束力,对外力已知的静定结构进行位移求解,从而得到微动机构的刚度。同时根据平面型微动机构的结构特点对其进行了规范化与简化处理,最终建立了一种适用于平面型微动机构刚度求解的一般性方法,并实现了基于Matlab的规范化求解程序。最后,为验证该程序的求解精度,应用该程序求解了一种结构对称型双驱动微夹持器的整体刚度。通过与有限元方法分析结果的对比试验,表明该方法的刚度误差控制在5%以内,验证了方法的有效性和高精度特性。     

浮置板轨道结构类型比较及其隔振性能分析

基于双层Euler-Bernoulli梁理论,分别给出了连续现浇浮置板和轨枕板式预制浮置板轨道结构在移动荷载作用下的耦合动力学分析模型.通过Fourier变换在波数-频率域内求解频散曲线,采用围道积分法进行Fourier逆变换求得结构系统的振动响应,对两类浮置板的频散特性和隔振性能进行分析.结果表明,现浇浮置板轨道的截止频率略高于预制浮置板轨道截止频率,浮置板频散曲线的曲率与抗弯刚度成正比,预制浮置板的频散曲率基本为零.列车运行速度越高,浮置板轨道结构振动响应越大.当列车速度小于20 m/s时,速度增加对现浇浮置板响应影响并不明显,而预制浮置板振动幅值会明显增大.预制浮置板共振时结构中存在驻波,其共振幅值将大于现浇浮置板.当激励频率远离截止频率时,预制浮置板响应衰减较快,在高频激励下的响应幅值与连续现浇浮置板相差不大.     

平面轮廓的直接偏置法研究

直接偏置法是规划平面轮廓数控铣刀具轨迹的一种常用方法。针对目前直接偏置法不能正确剔除外形轮廓偏置线中干涉段的缺陷，结合外形轮廓、群岛和复连通域偏置线的特点，建立了全面的干涉检查的判别方法，提出适用于任意平面轮廓的直接偏置法算法。     

轻便浅层地震可控震源的研制

轻便浅层地震可控震源是一种用于浅层地震勘探的激震设备，其主要作用是根据野外的实际勘探目标所确定的参数输出严格控制的Chirp信号。在此，系统地阐述了轻便浅层地震可控震源的工作原理、系统构成及技术特点等。并针对野外浅层地震勘探的特点和要求，进一步探讨了基于直接数字合成(DDS)的任意波形发生器(AWG)的设计、扫描信号相位实时控制等问题。     

Multiplexing optical fiber low coherence and high coherence interferometric system with large range and high resolution for on-line measurement

A novel optical fiber sensing system multiplexing low coherence interferometry and high coherence interferometry that is endowed with large range and high resolution and is stabilized for on-line measurement is presented. An optical fiber Michelson interferometer performing measurement task in the system works in both modes of low coherence interferometry and high coherence interferometry simultaneously by employing a broadband light source and a fiber Bragg grating as an in-fiber reflective mirror. The amplitude of the measurand is determined by the low coherence interferometry while the value of the measurand is measured by the high coherence interferometry. Another optical fiber Michelson interferometer which is incorporated with the one performing measurement task stabilizes the sensing system for on-line measurement by exploiting an electronic feedback loop to reduce the influences that are resulted from environmental disturbances. The measurement range is 6 mm and the measurement uncertainty is less than 2 nm.     

光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收

研究了气溶胶粒子的光热敏效应和热感应光致折射率变化,提出了通过增加光热作用区个数来提高探测灵敏度及用低相干干涉法降低成本的方法。建立了光热低相干干涉法测量大气气溶胶吸收系数的数学模型,分析了干涉仪正交状态测量和干涉条纹细分探测两种方式下的探测灵敏度,讨论了低相干偏振干涉情况下的探测限。结果显示,在典型条纹细分情况下理论探测灵敏度可达1×10-6 m-1;增加光热作用区m个,探测灵敏度理论值可提高m倍。理论和方法研究证明光热低相干干涉法具有可直接测量大气气溶胶吸收系数、在线原位、低成本,易于进行温度修正等优点。     

Coherence function control of a multi-mode laser diode by the frequency modulation and its low coherence interferometric application

In this investigation, a frequency-modulated multi-mode laser diode (LD) is introduced as a light source of low coherence scanning interferometry (LCSI) and its applicability is verified with experiments. The frequency modulation of a multi-mode LD can improve the contrast of the coherence peak corresponding to zero OPD and overcome the ambiguity to find the exact coherence peak appeared in frequency modulated single-mode LD or a multi-mode LD. As the experimental results, the coherence function of a multi-mode LD was changed with the frequency modulation and the expected coherence peak was obviously determined. As the result, the coherence length was 200 μm. Also, the possibility to measure surface profile of a sample was experimentally confirmed with step height samples. Although the proposed technique cannot be guaranteed for high accuracy in the lack of the position accuracy of the scanning stage, it is suitable for the demand of spatially coherent measurements and high speed measurements adopting the sub-sampling technique because of its low cost, high available power and better spatial coherence than other white light sources.     

一种浅地表探测收发天线的设计分析

通过对浅地表电磁探测系统的探测原理和收发天线的结构及参数研究,分析了频率域浅地表探测系统的工作原理。论证了利用磁场z分量间接探测浅地表地下介质电性结构的可行性。利用MATLAB对发射接收天线进行理论计算,分析了收发天线设计的关键问题;重新设计了探测系统所需的发射和接收天线,采用并联结构使发射天线效率有所提高,接收天线采用8字形结构,从结构上实现一次场的屏蔽,同时,避免了引入参考线圈使结构和计算复杂。通过实际测试,能够辨别出埋藏于土壤9 cm处的2 g电阻率异常体。最后,总结了埋藏深度、有无土壤对探测数据的影响。为浅地表探测天线系统的改进及近地表电磁成像系统研制提供依据及参考。     

一种新的光学相干层析成像中色散现象的补偿方法

光学相干层析成像技术中,样品的色散特性将降低获取图像的分辨力。通过实验获取了不同色散特性的样品的相干图像。实验采用中心波长为845nm,频谱宽度为26nm的超辐射光源。实验的样品为一块30mm厚的BK 7玻璃。根据光源的频谱信息和样品的色散系数,理论计算了OCT信号的包络,并与实验中测得的信号相对比。同时提出了一种新的数值方法,来补偿样品的色散。该方法可在时域或者频域OCT中方便地应用。通过实验验证了该方法的可行性。     

用盲反卷积和改进谱减法提取轴承微弱特征

为了有效提取滚动轴承早期损伤时微弱的故障特征,提出盲反卷积和改进谱减法(SSM)的振动信号分析方法。建立了滚动轴承振动信号卷积分析模型,阐述了冲击传递过程,根据无量纲特征构造了优化盲反卷积滤波器以检测振动信号中的微弱冲击成分。引入高效信号消噪方法——SSM消除盲反卷积后的背景噪声以增强故障特征。由于工程中轴承噪声频带较宽且幅值相差较大,易引起附加噪声分量,在经典SSM基础上,根据滚动轴承振动信号损伤信息存在于低频和高频调制区的特点,通过噪声能量和畸变量指标优化调整参数进行频域谱减。测试信号处理显示了改进SSM的优越性。最后将盲反卷积和改进SSM用于轴承诊断,结果表明该方法能提取滚动轴承早期损伤的冲击特征。     

高密度电子电路频谱图的边缘检测算法

在利用电磁扫描技术检测高密度电路板的组装质量时,为了识别频谱图中的异常频率点,需要检测和提取频谱图中频谱曲线.而频谱图中频谱曲线的检测和提取效果直接影响异常频率点检测的准确度.本文致力于电路板频谱图的边缘检测方法的研究,提出了多窗口Canny自适应阈值边缘检测算法,即通过对频谱图进行窗口划分,在窗口内采用改进的梯度幅值的计算方法和自适应阈值Canny检测算法,实现了对频谱图的边缘检测.理论分析和实验结果表明,本文所提出的算法准确度高,可以得到较好的边缘检测结果,为识别频谱图中的异常频率点提供了更精准的频谱边缘图像.     

激光频移反馈成像的数值仿真研究

激光频移反馈法利用了激光器的动态特性和外差测量的原理,能极大地提高共聚焦显微系统对光反馈的灵敏度,因此可以广泛地应用于对高吸收,高散射介质中目标的成像。阐述了激光频移反馈成像的基本原理,并对该理论进行了仿真研究,分析了不同的反馈光频移、光反馈系数和不同激光器以及寄生反射对实验结果可能产生的影响。结果证实了在极弱反馈光环境下对目标成像的可行性,极大地提高共聚焦系统对反馈光的灵敏度。     

Application of non-stationary signal characteristics using wavelet packet transformation

Although Fourier-based methods have been standard methods for frequency analysis, they are not well suited for the analysis of nonlinear or non-stationary systems due to their time-varying natures. Thus, in this paper, a wavelet packet-based technique, which calculates time-varying coherence functions for input/output relationships, is developed. The developed method uses the Coiflet wavelet that has been widely used in signal processing. It is applied to obtain the time-varying coherence function, and to detect the impulse signal from the impulse-embedded signal such as an automobile sound/vibration signal with an external impact caused by a collision or passing over rough terrain. Some characteristics of non-stationary behavior such as the wavelet packet coefficients, maximum phase plane (MPP) analysis and fault detection are also demonstrated. The method gives promising results of non-stationary input-output systems, and so may be used as an effective tool for condition monitoring or fault detection area. This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Yeon June Kang Jae-Eung Oh received his B.S. degree of mechanical engineering at Hanyang University in 1975 and his M.S. degree of Safety Engineering at Yokohama National University in 1980. He then went on to receive his doctorate degree in environmental engineering from Tokyo Institute of Technology in 1983. He is currently the Vice President of KSNVE.