电磁声发射技术在无损检测中的应用

电磁声发射技术是通过对导电部件进行电磁加载产生洛仑兹力,进而激发声发射效应,并通过此效应来进行无损检测.它可以定位薄金属板中微小的缺陷或裂缝,而且不需要完全加载,集合了电磁无损检测技术和声发射无损检测技术的优点.建立了电磁声发射的有限元模型,分析了试件在不同加载条件下的形变,对比了几个加载因素对电磁声发射的影响,并对试件进行了温升分析.在数值分析的基础上进行了电磁声发射实验,得到了电磁声发射信号,并对缺陷进行定位.     

电磁声发射检测技术的涡流激励方法

本文使用电磁声发射的有限元分析模型,深入分析了缺陷顶点的形变随激励电流的变化规律,论证了涡流激励声发射的可行性,并引入断裂力学对缺陷处形变的性质进行了分析。进行了基于涡流加载的电磁声发射实验,采集到了来自不同激励电流下缺陷的电磁声发射信号,实现了对裂纹的定位,得到了声发射信号的波形特征,验证了有限元分析模型的正确性,这为使用有限元方法直接计算和分析电磁声发射信号的幅频特性提供了坚实的理论和实验基础。     

基于电磁超声换能器的铁磁材料电磁声发射检测方法

电磁超声换能器(EMAT)因其非接触式的检测特点被广泛应用于无损检测和无损评估中,但如何用其判定裂纹的活性尚未见报道。因电磁声发射技术能够对微细裂纹进行检测并判定其活性,在考虑磁致伸缩效应的基础上,根据EMAT和电磁声发射两种检测方法的原理特性,实现EMAT对铁磁材料的电磁声发射检测。对EMAT进行仿真分析和实验,结合凯瑟效应和声发射理论,给出裂纹活性的判定依据。仿真和实验结果表明,EMAT可在铁磁材料中激发声发射信号,并实现对铁磁材料的损伤评定,为EMAT在实际检测中判定裂纹活性提供了理论和实践指导。     

基于电磁声发射的金属板裂纹检测实验研究

通过对金属部件进行电磁加载会在金属裂纹处激发出声发射信号,利用这一现象可以实现对金属结构件的无损检测.本文对电磁声发射技术的原理与实现进行了深入分析,设计了相应的电磁加载实验装置,并针对铝质薄板试件进行了电磁声发射试验,通过对实验采集信号进行时频分析,研究了电磁声发射信号随加载条件和试件类型的变化规律,验证了带裂纹金属...     

涡流式电磁声发射检测声波响应特性

涡流式电磁声发射检测由于其局部非接触式加载方式,适用于恶劣环境下对金属构件损伤在线检测,同时也是对传统声发射技术的有利补充。针对不同电磁载荷条件下电磁声发射产生的声波响应问题进行深入研究。通过引入电致塑性理论和自由电子运动理论,分析涡流加载下裂纹尖端位错滑移速率变化及声发射能量释放机理,探究不同磁场方向加载下电子的定向移动对声发射响应影响,利用希尔伯特黄变换方法实现对声发射信号的特性分析。实验结果表明:电磁声发射过程中应力波特征与电磁加载条件密切相关。因此,电磁声发射过程为定向移动电子越过障碍势垒产生的特定声波响应。     

复合材料声发射信号传播特性试验研究

为了获取直升机动部件疲劳损伤声发射信号的传播特性,搭建了声发射数据采集系统,对直升机动部件常用碳纤维材料试件和蜂窝材料试件进行了传播特性断铅试验,利用谐波小波包分析了声发射信号在各个频带上的衰减特性,克服了传统小波包分析能量泄露、频带选取不灵活、不同层频率分辨率不同的缺点.研究结果表明对于所研究两种试件,100 ～ 200 kHz频带的衰减特性与原始信号基本一致,可以代替原始信号进行定位和损伤识别研究,频率越高,衰减越快,衰减较大的无损检测场合,适合选择较低频率范围提取信号特征,对于所研究碳纤维材料试件,200 mm之后声发射信号衰减特性偏离理想衰减特性很大,限制了传统声发射源定位方法的应用.     

电磁声发射信号的压缩与重构处理

电磁声发射是一种新型的无损检测技术,其通过对金属构件进行电磁加载,在缺陷处产生声发射信号,根据信号特征对金属构件进行缺陷检测。针对该技术在测定缺陷位置和类型时连续多次加载而产生的大量数据问题,引入信号的压缩感知理论,基于正交匹配追踪算法分别对两种不同类型的声发射信号和电磁声发射信号进行压缩重构,选取不同的测量值,研究其对信号重构效率的影响,从波形和频谱两方面分析重构效果。实验结果表明:压缩感知理论能够达到压缩电磁声发射信号的目的,并且测量值和重构误差之间呈指数衰减关系,与重构时间呈线性增长关系,综合考虑压缩重构的各方面因素,当测量值取8~10倍的信号稀疏度时,电磁声发射信号能够获得较高的重构效率。     

基于大电流直接加载的电磁声发射试验

电磁声发射技术是一种新型的无损检测技术,对金属材料进行电磁加载会在裂纹处激发出声发射信号,利用这一现象可实现对金属缺陷的无损检测。本文对电磁声发射技术的实现原理进行了深入分析,设计了相应的电磁加载装置,搭建了电磁声发射试验平台,并针对铝质薄板试件进行了检测试验。通过对大量的试验采集信号进行能量和时频分析,研究了脉冲大电流的幅值、持续时间、电极加载位置以及加载历史等电磁加载参数的变化对于电磁声发射信号的影响规律,为该技术的工程应用打下了良好的基础。     

离散分数余弦变换在碰摩声发射信号降噪中的应用

声发射信号经常淹没在各种复杂的非平稳噪声中,使得对有用的声发射的识别非常困难,因此,在声发射识别时进行信号增强成为诸多研究者的关注热点。离散余弦变换是声信号增强的有效方法。基于态函数,给出了分数余弦变换的新定义,提出三周期离散分数余弦变换方法,介绍了基于三周期离散分数余弦变换的声发射信号增强算法和改进算法的推导过程。实验数据为在转子实验台上采集的碰摩声发射信号,通过在该信号上叠加高斯白噪声和非平稳噪声来获得模拟的严重噪声污染的声发射信号,然后用增强算法及改进算法对该信号进行降噪处理和声发射信号识别。实验结果表明：两种算法对多种非平稳噪声环境下的碰摩声发射信号均能取得较好的降噪效果,且优于离散余弦变换,是声发射信号识别的有效途径。     

基于有限元的变压器油中气体检测光声传感器研究

在变压器油溶解气体检测中,气体检测光声传感器应用效果较好。利用基于有限元的多重物理量耦合软件COMSOLMultiphysic 3.2,模拟了变压器油中溶解特征气体光声传感器光声池内光声信号的分布,分析了腔体的谐振特性以及光声信号随气体浓度的变化规律,实验研究了乙烯气体光声光谱检测特性。理论和实验结果为微量气体探测光声传感器的设计,特别是光声池的几何优化设计提供理论和数据支持。     

基于FFT和小波包变换的电磁声发射信号处理

电磁声发射技术是一种新型的无损检测技术,对金属部件进行电磁加载会在裂纹处激发出声发射信号,利用这一现象可以实现对金属材料的无损检测。本文分析了电磁声发射技术的基本原理与实现过程,采用快速傅里叶变换对大量实验信号进行时频分析,验证了带裂纹金属板能够产生电磁声发射现象,并基于小波包变换和能量分布情况得出了金属板有无裂纹的特征判据,为电磁声发射技术的工程应用打下了良好的基础。     

鼠笼异步电动机电磁噪声的仿真分析

依据鼠笼异步电动机电磁噪声产生的机理,该文从电磁力、机械振动和声辐射特性三个方面进行仿真得到电磁噪声。利用电压作为输入的场路耦合时步有限元模型计算电流、磁场和径向电磁力,并分析径向电磁力的谐波;基于机械有限元模型研究定子振动模态以及在电磁力激励下的振动响应;利用声学边界元模型计算电动机的辐射声场。试验测量结果验证了电磁噪声仿真计算的有效性。基于该文电磁噪声仿真方法可在设计阶段对电磁噪声进行定量预估,有助于低噪声电动机的设计研发。     

非铁磁材料的电磁超声接收过程数值模拟及实验研究

针对非铁磁金属板的缺陷检测问题,进行了电磁超声无损检测技术的数值模拟及实验研究。电磁超声换能器工作机理复杂,已有仿真大多是针对发射过程,并且被测体不含缺陷。该文研究建立了超声发射、电磁超声换能器接收的有限元模型,对被测体有无缺陷时线圈接收到的电压信号进行仿真分析。根据发射频率和超声导波的频散特性,设计并制作了回折形线圈,然后研究了线圈导体尺寸及线圈提离对电磁超声换能器性能的影响,并对有无缺陷的铝板进行了实验研究。结果表明:仿真中线圈接收到的电压信号能够反映缺陷的位置,实验结果与仿真结果相吻合。该工作对电磁超声被测试样有无缺陷时接收信号的分析和线圈设计有参考意义。     

基于声发射检测的滑动轴承状态诊断实验研究

首先通过理论计算得出了不同润滑参数下,滑动轴承声发射信号能量的大小,然后通过在300 MW汽轮发电机组模拟转子试验台上模拟工程实际中滑动轴承的两类常见异常工况,利用小波分析和传统的傅立叶变换对得到的滑动轴承声发射信号进行分析处理,提取了轴承声发射信号的特征参数,并得到了滑动轴承不同运行状态下的声发射信号特征参数变化规律,同时也验证了理论分析结果。     

基于声发射技术的含裂纹石膏试件破坏分析

受压条件下岩体破坏规律是岩石力学的重点课题之一。本文采用含裂纹石膏试件模拟天然裂隙岩体,分别对不含预制裂纹,含0°、30°、45°、60°、90°预制裂纹的石膏试件进行单轴压缩试验,运用声发射和波速监测技术研究其破坏特性和损伤机制。对声发射信号进行了频谱分析,揭示了石膏材料主频在500 kHz以下,而噪声信号主频在500 kHz以上的特点,基于此进行了去噪;设定参数HPS评价声发射强度,把预制裂纹试件的破坏模式归类为3类：压碎（0°）、压剪（30°、45°、60°）和劈裂（90°及无裂纹）;提出利用多元回归分析改进声发射时差定位算法,取得了良好的定位效果;采用纵横波波速监测方法,形象地展示了石膏试件裂纹扩展时的声波波速动态演化过程。本文为基于声发射与波速监测技术的岩体受压破坏规律研究提供了一次有意义的探索。     

输电线路放电声发射现象的试验

试验研究了输电线路放电电脉冲、放电伴随声发射波及二者间的关系,在大量试验的基础上,总结了绝缘子的内部放电、绝缘子表面污秽放电、线路的尖端电晕、接触不良放电以及近区的雷电等不同形式放电伴随声发射波的特征.结果发现,利用放电电信号和声信号之间的相位差,可以实现输电线路放电源的声发射定位,利用不同形式放电声发射波的外形、周期性和对称性的差别,可以有效地识别放电的形式并进行故障诊断.     

钢板电磁超声换能机理及塑性损伤的非线性超声检测

铁磁材料电磁超声换能器(electromagneticacoustic transducer,EMAT)的换能机制与外加磁场、材料的磁化特性和磁致伸缩特性有密切的关系,电磁超声波的产生很大程度上取决于材料的电磁特性和偏置磁场。首先,建立钢板电磁超声波的有限元模型,分析偏置磁场及被测试件的电磁特性对电磁超声换能机制的影响,通过引入不同磁导率和电导率等效模拟塑性变形试件,分析换能机制与电磁特性的关系,并在此基础上搭建基于电磁超声表面波的塑性变形检测系统。其次,通过对拉伸的标准工字板试件进行磁导率检测,得到不同塑性损伤试件与相对磁导率变化的对应关系。塑性变形会改变钢板的电磁特性,进而影响到检测信号的变化。最后,对塑性变形进行电磁超声非线性检测,得到相对非线性系数与塑性变形的对应关系,并验证塑性变形、电磁参数与非线性检测信号之间的关系。     

30V条件下功率MOSFET器件应力波理论与试验研究

功率金属–氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxidesemiconductor field-effect transistor,MOSFET)在电磁热机等物理场相互作用下产生的应力波,对器件的可靠性设计和状态监测有重要意义。根据理论分析可知,功率MOSFET开通或关断可以产生瞬态电磁场,器件中的带电粒子在磁场中所受洛伦兹力,因此产生机械应力波。在30V低压条件下,采用脉冲测试电路并对功率MOSFET进行试验,应用声发射测量平台采集试验过程中功率MOSFET器件产生的瞬态电磁场和机械应力波。对不同电气参数下得到的声发射信号进行处理和分析,发现器件漏源电压导致高频电磁波的产生,而栅源电压和漏源电压共同影响低频机械应力波,为功率MOSFET器件产生声发射现象提供理论依据。     

钢板电磁超声表面波的仿真分析及缺陷定量检测

电磁超声换能器(EMAT)的换能机制与被测试材料的电磁特性密切相关,EMAT对不同电磁特性材料的响应不同。铁磁材料具有磁致伸缩效应,磁致伸缩的非线性导致其电磁超声换能机制变得复杂。该文依据铁磁材料的本构方程,考虑洛伦兹力、磁致伸缩效应和磁化力的共同作用,建立含有矩形槽裂纹钢板的电磁超声换能器有限元模型,仿真分析表面波对钢板中缺陷的响应特性,得出缺陷深度与反射系数、透射系数的关系,为钢板裂纹缺陷定量检测奠定基础。最后,对标准试件的不同深度裂纹进行实验研究,验证了仿真分析的正确性和有效性。     

声发射技术在绝缘子污秽放电监测中的应用

通过分析现行绝缘子污秽监测方法的一些弊端,在这个基础上,研究了绝缘子污秽放电存在的声发射现象,提出了一种基于声发射技术监测绝缘子污秽放电的方法。研制了污秽放电监测装置并进行了大量试验。通过分析绝缘子污秽放电过程以及伴随放电出现的声发射现象,揭示出污秽放电的严重程度和声信号之间的关系,证明了通过监测绝缘子污秽放电发出的声信号可以实现对绝缘子污秽的在线监测。