增强SH波电磁超声传感器信号的方法与实验

电磁超声传感器技术作为一种非接触无损测量方法,可用于恶劣工况的无损检测,尤其是可以实现水平剪切(SH)波的激励和接收。基于磁致伸缩效应的常规SH波电磁超声传感器信号较弱,为得到较强SH信号,改善信噪比,提出了一种增强电磁超声传感器信号的方法。该方法是在主永久磁铁闭合磁路上施加辅助永久磁铁,提高电磁超声线圈下部构件磁化强度,从而增强信号。实验证明:此方法可以使信号得到明显增强,并且有助于提高缺陷检测能力。     

弹性层中的SH板波传播特性及电磁超声激励方法的研究

研究水平剪切波(Shear Horizontal,简称SH波)的传播特性及激励接收方法对该波在无损检测和声弹性技术范围内的工程应用有着重要的价值.首先,SH波在弹性层中传播的多模态、频散特性在文中作了详细的分析,同时重点研究了电磁超声技术在非铁磁性材料波导中产生SH波的探头结构和基础理论,并以试验的方法验证了其部分电声特性,结果表明,SH板波具有其他类型波所没有的独特特性,而电磁超声技术在SH波的激励接收方面有着很大的优势.     

传感器在管道超声导波检测中的应用

管道超声导波检测技术是一种新兴的无损检测方法。利用该技术可以在一点对管道进行快速而全面的检测,节省检测时间,减少劳动强度。而由于导波的频散、多模态特性和管道工作条件、结构尺寸的不同,使得在超声导波检测中对导波的激励方式和传感器的使用要求也不尽相同。传感器的选择对管道超声导波检测的实现十分重要。简要回顾了五种不同类型传感器在管道导波检测中的工作机理、特性及其应用。     

电磁超声扭转波检测钢管缺陷的实验研究

扭转模态T(0,1)超声导波具有无频散的特点,便于信号分析与处理。在分析电磁超声扭转波传感器换能原理的基础上,搭建了电磁超声扭转波钢管缺陷检测实验平台,采用350 kHz的T(0,1)模态导波,在Ф25 mm×2800 mm壁厚2.5 mm的钢管上检测出20%壁厚损失的周向平底刻槽与Ф5 mm通孔缺陷,检测信号的信噪比较高。实验结果表明:这种电磁超声扭转波方法可以应用于钢管缺陷检测。     

卷簧缺陷检测的超声导波传感器研制

超声导波可用于卷簧等曲板结构的缺陷检测,超声导波传感器的性能对卷簧缺陷检测至关重要。为了能有效检测卷簧缺陷,基于周向导波传播原理,研制了三组用于卷簧缺陷检测的导波传感器。优化选择了楔块角度、压电晶片频率等导波传感器的重要参数,重点研究了传感器不同背衬对传感器性能的影响,通过三组传感器实验结果对比,得到在背衬中添加石墨烯可以提高传感器检测灵敏度的结论。研究表明,设计的导波传感器有较强的检测能力,可用于卷簧缺陷检测。     

桩柱周期分布的平板中SH波的传播特性分析及其在聚焦透镜设计中的应用研究

本文首先建立求解水平剪切波(即SH波)在桩柱周期分布的板中传播的理论模型,计算其带隙结构,并与有限元仿真的结果进行对比,验证该理论模型的准确性.在此基础上,应用此模型研究桩柱高度对最低阶水平剪切波(即SH0)的影响,发现随着桩柱高度的增加,SH0的相速度降低.基于桩柱高度与相速度的敏感特性,设计了一款可实现SH0聚焦的透镜,并进行相关的仿真分析,研究该透镜的适用范围和聚焦效果.研究结果表明,该透镜聚焦位置准确,聚焦能量高,且在不改变结构的情况下在一定频率范围内均可实现聚焦功能,从而为能量收集、超声医学、无损检测、吸声降噪等应用提供新的思路.     

变波长水平剪切波电磁超声换能器设计

针对大型常压储罐底板厚度在线测量需要,设计并制作了一种可变波长的低阶水平剪切波电磁超声换能器,该换能器主要由永磁铁阵列、可变间距机械夹具、PCB板、阻抗匹配模块、接口、保护层及外壳等组成.对研制的换能器进行了性能测试,结果表明:研制的电磁超声换能器可在一定波长变化范围内激励出单一的低阶水平剪切波,且信噪比较好.设计的可变波长电磁超声换能器为压力容器在线检测提供了可能的传感器手段.     

管道长距离超声导波模态频散现象的抑制方法研究

针对超声导波频散特性所导致的信号波包在结构中传播发生展宽及衰减现象，研究了超声导波在2m长管道中以特定频率(77kHz)传播时的频散现象。指出了采用圆周均匀分布传感器在管道中激励导波可以抑制其中弯曲导波模态的产生，同时利用信号重建激励方法以及所建立的实验系统在特定的距离上抑制了超声导波模态的频散现象。结果表明，本文方法有效地抑制了77kHz的L(0，1)导波模态的频散现象。     

基于导波理论的管道缺陷成像研究

在导波传播理论和频散波形预测理论的基础上，研究了超声导波在检测管道时，如何利用时域波形重构缺陷图像的问题。由于根据导波检测理论可以获得在任意时间管道表面任意位置的波形信息，而且管道上缺陷的存在直接影响导波信号的幅值，并被包含在回波信号中为传感器接收，所以通过对接收信号进行相应的处理便可预测缺陷处的波形用以成像。针对管道中的单通孔人工缺陷和轴向位置不同的双槽形人工缺陷，利用非轴对称端面加载的传感器激励L（0，2）模态导波进行检测，通过改变传感器周向位置获得一组检测信号以实现缺陷形状的成像。成像结果不仅能反映缺陷的类型，还能实现缺陷在轴向和周向的二维定位，对轴向双缺陷的定位取决于时间参数的选择。     

管道腐蚀缺陷超声导波检测数值模拟

超声导波在检测存在多个缺陷的管道时,由于其自身的多模态、频散、遇到缺陷易发生模态转换以及缺陷回波间的相互干扰等特性常常引起缺陷信息的误判,论文采用ANSYS软件建立了L(0,2)、T(0,1)模态激发的管道腐蚀超声检测仿真模型以及相关的数值模拟算法,研究了两种模态的导波与管道上不同类型缺陷之间的相互作用,提出了双向激发超声导波管道腐蚀缺陷检测方法,将正反两个方向激发的导波检测数据叠加,减少了缺陷回波的相互影响,准确地识别缺陷位置和大小,提高信噪比。与仿真结果对比分析,实验结果表明,该模拟算法实现了对超声导波管道腐蚀缺陷检测的精确数值模拟,所提的双向激发超声导波检测方法,不仅提高了缺陷定位的精度,也提高了缺陷大小的识别率。     

基于超声导波的骨损伤检测技术

对骨损伤尤其是轻微骨裂的现场检测往往依赖于经验,缺乏可靠的现场测试技术。针对这一问题,对基于超声导波的骨损伤现场诊断应用技术进行了基础研究。分析了管状结构中的导波传播特性,根据骨损伤对导波传播影响,研究采用导波能量衰减曲线检测和定位骨损伤的发生情况;在仿生骨结构试件上进行了实验验证,对比健康和损伤骨结构中的导波传播能量衰减情况,可以较清晰地观察到骨损伤的发生和大致位置。实验结果表明,超声导波技术可以应用于骨损伤现场快速诊断中,具有较好的实用性。     

一种用于管道检测的磁致伸缩式周向超声导波传感器

传感器由磁化器、激励线圈、接收线圈和聚磁器等组成.实验结果表明,利用周向超声导波传感器可以在大直径管道中激励和接收周向超声导波并可对管道中的缺陷进行长范围、全覆盖的非接触无损检测.     

基于AD9854的超声导波激励电路设计

为解决超声导波激励信号频率单一问题，设计了一种基于直接数字频率合成器（DDS）AD9854的宽频超声导波信号激励电路。在激励电路设计过程中，激励信号是由DDS利用正弦信号的相位与时间线性变化的特性，通过查询芯片内部存储的正弦信号表来实现频率的合成，并快速生成Chirp信号。采用椭圆低通滤波器消除DDS的杂散干扰，采用电压放大电路和功率放大电路进行信号两级放大，实现±25 V、100 kHz~1 MHz的Chirp信号输出。实验结果表明，超声导波激励电路软硬件设计合理，不仅能激励出超声导波检测所需要的宽频Chirp信号，还能明显区分出铝板上有无腐蚀缺陷，适用于激励多种不同中心频率的超声导波传感器。     

基于电磁超声导波的管道损伤定量评估

作为能源运输工具,管道在工作时会受到内部运输介质的冲刷和外部环境的腐蚀,导致强度下降并出现损伤。考虑不规则缺陷量化研究的局限性,并依据管道常见腐蚀缺陷类型,将腐蚀缺陷大致分为槽形、月牙形和圆形3种具有不同几何边界的类型。利用COMSOL软件建立电磁-力多物理场耦合的电磁超声L(0,2)模态导波管道缺陷检测3D模型,得到在不同类型缺陷作用下的超声波传播过程和接收信号特点。同时根据仿真结果,利用L(0,2)导波及其模态转换F(1,3)信号,拟合反射系数与缺陷几何参数间的定量关系,并通过实验加以验证。结果表明,缺陷形状为槽形、圆形、月牙形时,缺陷反射系数与截面损失率分别呈二次函数、对数、指数关系,各量化模型平均绝对百分比误差分别为2.67%、1.79%和7.91%。     

串脉冲超声导波断轨检测技术研究

针对传统的钢轨断轨检测效率低、无法进行实时检测的不足,对串脉冲超声导波断轨检测方法进行了研究.首先为了增强发射能量,同时达到脉冲叠加的目的,研发了脉冲个数、脉宽、间隔均可调的高压串脉冲超声导波发射系统;为了保证接收信号的信噪比和空间精度,用匹配滤波的方法对接收信号进行脉冲压缩.采用研制的串脉冲超声导波断轨检测系统,选用SH导波换能器在钢轨上进行了检测实验.结果表明,检测系统性能稳定,经过串脉冲叠加,使接收信号的幅值约为单脉冲接收信号的3倍,经过匹配滤波后,信噪比得到明显提升.该方法的换能器置于轨腰,能够对钢轨实现在线监测.     

基于神经网络的超声导波管道缺陷识别

在役石油管道的腐蚀是造成石油管线运输故障的重要原因,适时检测在役管道是否被腐蚀至关重要。研究了超声导波进行长距离在役管道检测技术,并利用人工神经网络进行管道缺陷的智能识别,通过超声导波设备进行了管道缺陷检测实验,从原始检测数据的信号处理结果中提取出了样本特征值,并建立和训练了一种用于实现管道缺陷识别的BP神经网络。实验表明:使用该网络可进行超声导波管道缺陷的自动识别。     

超声导波任意波形脉冲激励源的设计与实现

根据适用于激励超声导波的信号的特征,在改进直接数字频率合成器(DDS)结构的基础上,运用DSP+ FPGA等工具设计出适合导波检测用的任意波形脉冲激励源.该激励源可根据实际检测条件调整激励波形的类型且激励信号中心频率、周期数、幅值、重复频率等参数均可设置.经实验验证,此激励源能生成导波检测所需要的各种波形信号,且能扩展...