基于电磁超声兰姆波的铝合金板材小缺陷检测技术研究

电磁超声技术因其无需耦合剂等优点而在无损检测与无损评估领域获得广泛应用。在分析铝合金板材中电磁超声兰姆波激发原理的基础上,结合兰姆波与缺陷的作用机理,建立了电磁超声兰姆波三维有限元声场模型,分析了利用电磁超声换能器检测铝合金板材小缺陷的可行性。针对GJB3384—98的检测要求,设计了可用于检测直径为1 mm的小型通孔缺陷的电磁超声兰姆波换能器。在此基础上研制了基于电磁超声兰姆波技术的铝合金板材检测样机。实验表明,该样机不仅能够有效检测出GJB3384—98规定的小型通孔,也能检测出长度为4 mm、槽深为0.4 mm的槽型缺陷,为基于电磁超声技术的铝合金板材小缺陷检测的工程应用奠定了基础。     

基于电磁超声的铝合金厚板缺陷检测装置

针对传统的压电超声技术应用在铝合金厚板缺陷检测中存在的不足,设计了一种基于电磁超声的铝合金厚板缺陷检测装置。该装置具有无需声耦合剂,检测效率高等优点。装置主要包括电磁超声探头、高频大功率发射电路、低噪声高增益接收电路、FPGA(现场可编程门阵列)及其外围电路和S3C2440液晶控制电路。在铝制标准试件上进行测试试验表明:该装置能够有效检测出直径1.2 mm、埋深10～60 mm的平底孔缺陷,符合铝合金厚板缺陷检测需求,具有良好的工程应用价值。     

基于凝结法的凝血参数自动检测系统设计

为了实现临床医疗中血栓与止血标志物的智能检测,提出了一种基于凝结法的凝血参数自动检测系统.由上位机选择检测所需的试剂和设备并实时显示检测进程与数据曲线,主控单元接收上位机的操作指令并通过CAN总线将其分配给下位机的具体执行模块,下位机依据协议代码驱动机械装置完成与指令对应的操作,在整个检测过程中,系统基于凝结法进行检测...     

高精度手持式电磁超声测厚仪

研制了高精度手持式电磁超声测厚仪。根据电磁超声回波峰值出现时刻不规律的特点,采用了基于首个周波检测的电磁超声测厚方法。设计了基于FPGA的大功率发射电路和低噪声接收电路,实现了超声波发射和低噪声接收;设计了基于ARM处理器的嵌入式Linux软件,实现了厚度计算、波形显示、参数设置、厚度-距离曲线等功能。利用该测厚仪对不同厚度的铝合金标准试块和钢板进行测厚实验。实验结果表明,该测厚仪分辨力达到0.01 mm,测量厚度可精确到0.001 mm。     

电磁超声导波在管道中螺旋向传播的机理研究

为了实现电磁超声导波对管道中不同方向裂纹缺陷的有效检测,研究了超声导波螺旋向传播的机理,设计了用于管道斜向裂纹缺陷检测的电磁超声螺旋向导波换能器。基于毕奥萨伐尔定律,建立了螺旋向导波换能器等效闭合线圈的数学模型;推导分析了电磁超声螺旋向导波换能器的磁感应强度与螺旋向导波主声束传播方向的关系;实验验证了不同角度的螺旋向导波传播机理与相应的裂纹缺陷检测能力。结果表明,电磁超声螺旋向导波主声束传播方向与线圈工作导线垂直,改变换能器线圈螺旋角度可控制电磁超声导波在管道中的传播方向,线圈螺旋角度不同的换能器可实现管道中不同斜向角度裂纹缺陷检测,为管道全向裂纹缺陷检测提供参考。     

磁致伸缩导波技术在锚杆检测中的应用研究

为了创造安全的工作环境,基于铁磁性材料的磁致伸缩效应,提出了用磁致伸缩超声导波对锚杆进行检测。论述了检测原理,对导波在锚杆中的传播进行了理论建模,提出了非接触式导波激励和接收方法,研制了相关的实验装置,并对检测信号进行了处理和分析。实验结果表明,磁致伸缩导波技术能够有效可靠地测定锚杆长度及缺陷。     

螺旋波纹管导波检测技术的数值仿真和试验研究

为对螺旋波纹管进行缺陷检测,研究纵向模态超声导波在螺旋波纹管中的传播特性。在Abaqus仿真软件平台中构建螺旋波纹管的计算模型,得到含有环向裂纹缺陷时的仿真结果。在此基础上,采用自主研制的电磁声换能器进行试验研究。试验所用的激励信号为经Hanning窗调制的20个振荡周期的正弦脉冲,中心频率为240 kHz,采用单一传感器在螺旋波纹管中激励和接收L(0, 2)模态导波,实现对螺旋波纹管中人工裂纹缺陷的识别,分析并计算缺陷位置测量不确定度。有限元仿真和试验结果表明,超声导波技术可以实现对螺旋波纹管裂纹缺陷的检测。     

边界散射对超声水平剪切导波成像检测的影响

超声水平剪切(Shear horizontal,SH)导波在工业在役板材成像检测和结构健康监测(Structural health monitoring,SHM)中有重要的应用价值。基于合成孔径聚焦方法,对钢板中人工缺陷用超声SH导波进行成像,对边界散射条件下的成像检测阵列信号进行分析,探讨了边界散射对超声SH导波成像检测的影响。研究结果表明,基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像方法用于板材缺陷成像检测时,超声边界散射使成像信号双曲线阵列特征弱化,缺陷声波信号衰减增大,信号散射噪声增强,进而使成像清晰度降低,易导致漏检;同时边界散射会造成同一缺陷信号产生双峰或多峰,成像信号双曲线阵列特征紊乱,使成像发生畸变,会导致误检。这将为进一步改进工业在役大尺度板材超声导波成像质量与提高结构健康监测水平提供重要基础。     

管道电磁超声导波技术及其应用研究进展

超声导波理论研究的不断深入、导波固有的可用于长距离大范围高效检测的性能优势,以及电磁超声技术实现上具有的非接触特点等,共同促进了电磁超声导波技术的研究、发展和应用。梳理管道电磁超声导波技术近些年来在周向导波、轴向导波和螺旋导波方面的理论研究进展及技术应用情况,具体对比了板状和管状结构导波,归纳了不同模态导波换能器的特点,分析了导波与管道缺陷的相互作用,介绍了上述导波在管道缺陷定位、尺寸量化和成像中的应用,即回顾了管道电磁超声导波技术的研究及应用现状,并展望了其今后的研究方向和发展趋势。     

基于电磁超声的火车车轮裂纹检测系统

介绍了一种基于电磁超声波技术的火车车轮表面裂纹自动检测系统的设计方法.分析了电磁超声波的产生机理,设计了电磁超声表面波换能器（Electro-magnetic acoustic transducer）,实现了电磁超声波信号的发射与接收.利用锁相放大技术处理微弱的裂纹回波信号,提高了系统的抗干扰能力,降低了系统的等效噪声带宽.并设计了基于PCI总线的高速数据采集卡,利用专用接口芯片PCI9030设计接口电路,将数据传送到上位机.实际测试结果表明、系统性能稳定,满足技术指标要求.     

基于FBG和BP神经网络的声发射定位方法

针对传统基于神经网络的声发射定位选择的样本不具有广泛代表性的问题,提出了基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,简称FBG)传感和反向传播(back propagation,简称BP)神经网络的声发射定位技术。该方法使用提取的窄带信号间时差作为样本,无需考虑损伤特性及波速对定位的影响,同时使用Levenberg-Marquardt(简称LM)算法训练样本,提高了BP神经网络的训练速度。在500mm×500mm的铝合金板上进行实验,声发射定位的平均误差为6.65mm,验证了该方法的有效性和准确性。     

基于模态声发射和小波变换的薄板中导波传播特性的实验研究

基于小波变换和模态声发射理论。通过声发射实验的方法确定了薄板中导波传播的弥散特性。通过分析声发射信号的Gabor小波变换幅度在时频空间分布特点，确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间，从而确定该频率下该模态导波的群速度，进而确定其弥散曲线。实验确定薄板弥散曲线与理论计算曲线较好吻合，证明小波变换是分析弥散波时频特性的有效工具。     

基于光纤光栅和支持向量机的声发射定位系统

利用光纤光栅传感器和边缘滤波原理构建传感系统,结合小波分解与重构和支持向量机算法,对铝合金板声发射定位进行了研究。根据划分区域进行声发射实验,探索声发射源所在区域与信号特征之间的关系。在对声发射信号进行小波分解的基础上,使用近似系数和细节系数进行重构,并对重构后的各信号计算其振荡能量作为信号特征,进行声发射区域识别。以重构信号的振荡能量作为输入、声发射区域位置类别作为输出构建支持向量机多分类模型,实现了声发射区域定位识别。实验结果表明,在400mm×400mm×2mm的铝合金板上对36个测试样本进行了多次声发射区域定位识别,在180次模拟实验中实现了176次声发射区域准确定位,正确率达到97.78%,声发射区域识别精度为30mm×30mm。该研究结果为机械结构的声发射区域定位检测提供了有效方法。     

Mg/Al合金爆炸焊连接及其界面接合机制

采用爆炸焊接技术制备以AZ31B镁合金为基板,以6061铝合金为覆板的AZ31B/6061合金的层状复合板。对复合板界面的宏观形貌、微观组织、界面元素扩散行为及界面接合性能进行测试、分析。结果表明:AZ31B/6061合金爆炸复合板接合界面呈波状接合;靠近接合界面处的塑性变形程度最大,以孪晶和再结晶形式为主;在AZ31B一侧靠近界面处出现与界面呈45°的绝热剪切带组织,带内为动态再结晶形成的细晶粒组织;接合界面两侧的显微硬度分布为:随着距离接合界面的增大,AZ31B和6061侧的显微硬度值递减趋势;复合板的拉-剪试验结果表明,界面接合强度达193.3 MPa;复合板界面接合机制为压力焊、扩散焊及局部熔化焊综合作用的结果。     

基于模态分析和小波变换的声发射源定位新算法研究

针对传统声发射源定位中，声发射信号到达传感器的时间受设定门槛电压影响很大，导致声发射源定位效果较差，提出了一种声发射源定位新方法。根据模态声发射理论，携带声发射源信息的声发射信号在结构中传播过程中，具有频散现象和多模态特性。因此，声发射源定位应基于同一频率下、同一模态导波到达各个传感器的时间和传播速度。通过对声发射信号进行Gabor小波变换的方法，在时频空间内确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间；并通过数值计算得到该频率处模态导波的群速度，从而实现声发射源的准确定位。通过薄板中声发射线源定位试验，证明了该定位算法的有效性。     

基于谱元法的板结构中导波传播机理与损伤识别

建立板结构的三维谱元法模型和结构-压电晶片耦合模型,对铝合金板中Lamb波的传播机理和与损伤作用规律进行研究。以单点激励力模型研究了板中Lamb波的频散关系,从理论上对所建立的模型进行了验证;基于压电晶片模型研究了在施加电压激励条件下导波的传播规律;研究单一压电晶片、板中上下表面施加同相位或反相位激励电压的两个压电晶片三种情况下结构的响应;对板中传播Lamb波的幅值与传播距离的关系进行分析;采用减小结构单元刚度的方法模拟结构中的裂纹损伤,研究Lamb波与损伤的作用;结合试验分析,验证所仿真结果结论的正确性。相对二维谱元法模型,所建立的板结构三维谱元法模型能更真实地模拟结构中导波的激励与接收以及波的传播。     

含缺陷铝合金厚板预拉伸断裂研究

由于材料中存在空洞等缺陷,铝合金厚板在预拉伸过程中易发生断裂,对拉伸设备造成损伤。基于GTN损伤本构方程,建立铝合金板预拉伸断裂模型。基于小试件拉伸断裂试验测试结合数值模拟,确定GTN损伤本构参数,对五种典型厚度铝合金板预拉伸断裂进行研究。计算铝合金板断裂过程中的应力应变及损伤变量的变化规律,并将表面位置和断裂截面位置处的各变量进行对比。结果表明,随着拉伸率的增大,铝合金板由平面应力状态变为应变集中,其部位由正中心位置向边缘偏移,空洞体积分数最大值也由正中心位置转移到应变集中处;随厚度增加断裂应变略有降低,且受初始空洞体积分数的影响较大。通过对不同厚度、不同拉伸率的铝合金板预拉伸分析,得到初始空洞体积分数和初始缺陷尺寸随厚度变化规律。     

铝板材电磁超声检测中波的产生与传播过程分析

针对电磁超声波如何在非铁磁性金属板中产生的问题,研究了铝板中电磁超声波的产生和传播机理。利用有限元分析软件对铝板受偏置磁场作用,铝板内感生出涡流,在涡流的作用下产生洛伦兹力,最后在该洛伦兹力的作用下铝板内的质点发生位移形成电磁超声波的4个过程进行了仿真。仿真结果表明,通有高频电流的线圈正下方会感生出交变的涡流;在平行于铝板表面的静电场作用下,铝板表面上的质点受到垂直于其表面的洛伦兹力作用;板内质点在此垂直力的作用下振动产生电磁超声波;查看质点各个方向位移的变化直观地看出电磁超声波的衰减很大。最后通过对单个质点位移的仿真分析得出了质点位移最大的方向。     

NFAL Prototype Design and Feasibility Analysis for Self-Levitated Conveying

In order to avoid friction and scratching when conveying object, an acoustic levitation prototype was designed to verify the feasibility. The modal shapes and the forced harmonic shapes of the prototype are obtained by an ANSYS coupled field computation with a one-quarter symmetry model and the levitation capacity was assessed by the use of groups of simulation and physical testing. The simulation results showed that the pure flexural and mixed flexural wave shapes with different wave numbers existed at some specific frequency. The amplitude in the central point of an aluminum plate having four piezo-electric discs glued to the bottom surface was simulated for a frequency spectrum. The experimental results confirmed the theoretical results and the feasibility of the prototype and confirm that objects can be floated at several resonant frequencies under forced vibrating condition. The system can provide largest bearing capacity when both the piezoelectric disc and the plate resonances coincide.     

基于 Lamb 波的数据传输与缺陷检测同步实现方法

在结构健康监测领域,超声导波相对于体波具有传输距离远、覆盖范围大、检测成本低的优点。提出了一种基于Lamb波的数据传输与缺陷检测同步实现方法,实现了超声系统的多功能复用。通过理论仿真与扫频实验验证了Lamb波模态调制理论,使用压电晶片主动传感器在铝板上以500 kHz的中心频率激发出S₀模态Lamb波进行数据传输和缺陷检测。针对Lamb波边界反射引起的码间串扰问题,采用移不变稀疏编码方法进行信息恢复,在具有反射边界的铝板上成功实现100 kbps的信息传输速率,并且误码率为0。同时,利用移不变稀疏编码中的原子信号进行结构缺陷检测,根据合成孔径聚焦技术实现了缺陷的准确定位,定位误差小于0.2%。