电磁导波能量压缩式脉冲激励方法研究

电磁导波检测技术因其非接触耦合特性而被广泛应用于各种类型金属管道的损伤检测,但较低的激发效率却导致电磁导波信号能量传递范围有限,限制了其在长管道和结构复杂管道方面的应用。为提高电磁导波换能效率,本文摒弃了脉冲发生器和功率放大器相组合的激励源结构,提出了一种以能量压缩原理为核心的脉冲激发方法,在空间和时间上压缩存储于电容中的能量来提高激发信号强度,并确定了脉冲形成回路参数的选取规则。实验证明该方法可以有效增加电磁导波激发信号幅值。     

超声导波管道诊断仪系统主机的实现

本系统主机主要有三个功能:首先,产生一脉冲激励源,其中心频率、周期数、幅值、重复频率等参数均可设置以适用于超声导波信号特征,并进行信号处理、功率放大,从而驱动负载产生超声导波,以实现对被检测管道的激励;其次,实现对传感器输出的信号调理、数据采集、数据保存及数据传输;最后,实现其它辅助功能。本文详细阐述了超声导波脉冲激励源及多通道高速数据采集的实现。     

热障涂层脱粘缺陷脉冲压缩激光红外热成像检测

针对热障涂层热导率低,激光红外热成像检测效果不佳等问题,本文提出了一种基于脉冲压缩的增强型激光红外热成像方法用于热障涂层系统脱粘缺陷的检测。该方法利用频率或周期调制脉冲串激光热源,再通过信号处理将接收到的时域信号压缩成有效峰值高的窄脉冲信号,从而有效增强检测信号的信噪比。首先,建立热障涂层多层结构脉冲压缩激光红外检测有限元数值计算模型,模拟了周期调制脉冲串激光激励下结构内部热流的传播过程以及内部缺陷对温度场分布的影响,研究了不同激励参数对于温度场分布的影响。模拟结果表明,单调递减型且热激励时间为2s左右的脉冲激励形式能获得最佳的检测效果。其次,通过脉冲压缩技术对数据信号进行后处理,得到了更能反映缺陷信息的温度场分布图。最后,通过实验验证了基于脉冲压缩的增强型激光红外热成像方法对热障涂层脱粘缺陷检测的有效性,实验结果表明,该方法在一定程度上提高了缺陷检测的灵敏度与信噪比。     

利用激光-电磁超声检测钛钢复合板脱粘

结合面质量直接影响钛钢复合板的整体强度。为有效评估粘接性能,提出了脱粘缺陷的激光-电磁超声非接触式检测方案。基于激光超声激励原理,纵波声场指向性以及电磁超声接收理论,搭建了钛钢复合板脱粘缺陷检测系统。在基材侧或复材侧,使用长度10 mm、宽度0.2 mm的脉冲激光线状光斑辐照于材料表面激励超声波,利用中心频率1 MHz的电磁超声纵波换能器在异侧对心处接收信号。探讨了主声束和换能器相对脱粘缺陷移动过程中信号幅值的变化规律,根据试验数据可知,随着换能器被缺陷遮挡长度的增加,信号幅值逐渐降低。当主声束和换能器被遮挡一半时,信号幅值降为粘接良好状态下的0.5倍。因此,可依据信号幅值的变化特征来判定脱粘缺陷,同时也说明了激光-电磁超声技术适用于钛钢复合板结合面的非接触式检测。     

一种基于DDS技术的电磁超声激励电源

为使激发电磁超声的能量转换效率最大化,介绍一种基于直接数字合成(DDS)技术的电磁超声(EMA)激励电源.电源具有脉冲窄,峰值电流大,且重复频率、脉冲频率、脉冲个数、激励时间延迟均可调等特点.详细介绍了DDS信号产生电路、单片机控制电路、功率放大及其与换能器的匹配等硬件和软件.     

基于横波衍射法应用激光-电磁超声检测内部缺陷

为了有效评估出工件内部缺陷的深度,提出了脉冲激光激励和电磁超声换能器接收的非接触式检测方法。分析了超声波的烧蚀激励原理,体波作用于缺陷后的衍射现象,以及电磁超声的接收过程。依据横波衍射理论,当电磁超声换能器处于缺陷正上方时,衍射信号的渡越时间将取得最小值,基于此推导了缺陷深度计算公式并讨论了检测盲区。搭建了工件内部缺陷的激光-电磁超声检测系统,先后测量了内部含有圆孔和不同倾角裂纹的工件试样。在固定激励点的前提下,移动电磁超声换能器,观察信号渡越时间的变化规律,以及分析衍射横波的相位特征。提取衍射横波的最小渡越时间并求得缺陷深度值,其相对误差均在±3之内。实验结果表明,激光-电磁超声检测方法能够有效测量出缺陷深度,可作为接触式压电超声检测技术的一种补充方案,应用于无法满足耦合条件的场合。     

用于超声导波检测的波形发生器设计

为了减少超声导波检测中频散特性带来的影响,提出一种用于产生窄带脉冲信号的波形发生器设计方案。波形发生器的设计基于幅度调制的思想,电路由函数发生器MAX038、乘法器AD834、模拟开关DG401等元件构成,实现汉宁窗调制单一频率信号的功能。同时,波形信号的单音频信号频率可调,汉宁窗宽度可调。电路的MULTISIM仿真验证了设计的可行性。该方案由纯硬件实现,操作方便,对超声导波检测激励源的研制有一定的参考价值。     

复合材料锁相红外热像法无损探伤技术研究

为了解决复合材料红外热波定量识别缺陷的难题,从锁相热像法的原理出发,利用数值计算的方法对锁相热像法在检测中的应用问题进行研究。建立相位差与缺陷深度的关系,进而识别缺陷尺寸;对不同缺陷存在最佳检测频率,能使相位差最大;对于同一缺陷,同一频率,幅值差与激励信号强度成正比。这对红外热波无损探伤的定量检测和评估、锁相激励信号参数的优化等具有重要意义。     

基于导波模态对称曲线的管道近焊区缺陷识别

研究了模态对称曲线辅助识别管道近焊区缺陷的可行性。通过建立导波检测系统,基于导波模态对称检测理论,设计模态对称算法并绘制模态对称曲线,用于管道近焊区缺陷的识别,采集管道近焊区缺陷试验信号进行分析。结果表明,管道近焊区导波模态对称曲线幅值在缺陷处升高,且随着缺陷的截面积比的加大而增高。通过对回波信号进行小波包能量谱分析,发现回波信号的能量在缺陷处聚焦,验证了用模态对称曲线辅助识别管道近焊区缺陷的有效性。     

基于二进制编码的管道缺陷超声检测方法研究

脉冲信号激励的超声波用于管道缺陷检测时,存在平均发射声功率小及探测信号频带单一的局限,且在多发多收的阵列检测场合,很难确定接收回波的发射源,不利于被测体全声场的声学特征参数解算。为此,提出了采用正弦波频率调制的二进制超声编码方法检测管道缺陷。建立传感器编码激励响应的数学模型,通过仿真得到了传感器在不同激励频率、分数带宽和码位数下的幅频响应规律,并实现了对接收信号的有效区分和发射声源的有效标识。将该方法用于管道缺陷的超声检测,实现了管道不同种类缺陷的有效检出和发射声源的有效标识,并分析了二进制编码激励方式下缺陷对不同频带的敏感性。统计结果表明,2~4位码对管道渗漏孔和裂纹缺陷的检出率高于62%,对回波信号的标识正确率高于97%。     

口径天线在远场区的冲激响应的含义和适用范围——兼评“也谈口径天线辐射场的瞬态特性”

本文阐明了在使用口径天线在远场区的冲激响应的概念时,远场区是对激励天线的实际信号而言,并非对为求冲激响应而施加在天线上的δ函数而言;远场区的冲激响应在距离上的适用范围决定于激励信号的频率范围。     

基于导波能量差的管道缺陷周向定位实验研究

针对超声导波检测需通过对回波信号进行分析而得到管道健康信息,而无法反映缺陷的周向位置信息的问题。文中采用超声导波方法对管道缺陷周向定位进行了研究,分析了超声导波在管道中遇缺陷后的能量分布,以及周向定位的原理。根据F(1,3)模态导波周向波数只有一个的特性,提出了象限能量差定位缺陷方法,并对该方法进行了实验研究,结果表明,方法可以准确地判定出缺陷所在周向位置。     

基于超声导波波谱法管道缺陷检测仿真研究

针对超声导波检测难以准确判定管道缺陷的问题,通过分析超声导波遇管道缺陷后其回波的传播,提出了以波谱法来定位和定量管道缺陷。采用ANSYS软件仿真了T(0, 1)模态超声导波在带缺陷管道中的传播,得到检测的幅值波谱图,发现波谱图中缺陷处的颜色总是最先变化;通过分析所有节点同一时间坐标信号的幅值,发现相对最大缺陷信号幅值,幅值衰减在1/10内的节点数与缺陷的周向尺寸之间存在确定的系数关系。     

基于小波分解表面波的涂层平板表面缺陷检测方法研究

激光照射在涂层平板表面产生的超声表面波传播时会产生色散现象,该现象会影响表面缺陷检测精度.针对表面波的色散问题,采用有限元仿真分析表面波在涂层平板表面的传播规律,利用Morse小波分解多频表面波信号,提取最大幅值单一频率的缺陷时域信号从而确定表面缺陷位置.在此基础上通过扫描缺陷附近检测点的方式,分析缺陷前沿入射波和缺陷...     

一种基于波门诱偏的激光导引头干扰策略

为了提高诱偏干扰成功概率,克服同步干扰过程中干扰信号偏移量及干扰成功概率基本固定、干扰信号和制导信号同时出现在波门内时,引起导引头有机会和条件采取进一步抗干扰措施等问题,根据实时波门的原理,提出一种基于波门诱偏的激光导引头干扰新方法,分析了诱使波门偏移的方法,设计了诱使波门偏移的关键过程,探讨了其对导引头干扰的机理。以重频制导信号为例,设计了基于间隔调制的波门诱偏干扰信号,给出了干扰信号的约束条件,取得了波门与制导信号的联合概率分布。结果表明,时间波门被快速引偏,干扰成功概率明显提升,验证了该方法切实可行,干扰效果明显优于同步干扰。该干扰策略对开展新型干扰方法研究有一定的借鉴价值。     

脉冲激光周向探测地面目标捕获建模与仿真

针对对地攻击火箭弹单发毁伤概率低的问题,设计了一种激光周向探测系统,旨在提高对地攻击火箭弹的目标捕获概率。推导了平面目标脉冲激光回波波形的解析式及最小可探测光功率,并结合对地攻击火箭弹的末端弹道特性,建立了激光周向探测系统的弹目交会模型。运用蒙特卡罗算法仿真分析了对地攻击火箭弹采用不同探测系统时目标捕获概率随脉冲激光重复频率和扫描转速的变化规律,探讨了弹速和命中精度对于目标捕获概率的影响,获得最佳激光重复频率与扫描转速。仿真结果表明:当脉冲激光重复频率为5 kHz,扫描转速为10000r/min时能实现目标的有效捕获;采用激光周向探测系统能有效提高目标捕获概率,提升单发毁伤效能,为激光周向探测系统在对地攻击火箭弹上的应用提供了理论依据。     

高重频激光干扰制导武器建模与仿真评估研究

为有效评估高重频对抗制导武器的效果,研究干扰频率、波门宽度、编码方式和干扰时机等因素对激光高重频干扰效果的影响,首先,通过深入分析导引头抗干扰关键技术和高重频干扰机理,建立了码型识别模型、波门设置模型和高重频干扰模型;而后,设计了弹道仿真流程,基于过重力补偿比例制导导弹弹道仿真平台,评估了不同影响因素对高重频干扰效果的影响。仿真结果表明:干扰频率和波门宽度对高重频干扰效果的影响较大,频率越高、波门宽度越大干扰效果越好;LFSR状态码对高重频干扰的抗干扰性能比二间隔码好;且在干扰频率达到100 kHz时,高重频对波门宽度为20 s的二变间隔码的干扰效率能达到100%,脱靶量达到510.4 m;而干扰时机对干扰效果影响较小。文中的研究成果可为高重频干扰装备研制和战术使用提供一定的参考和依据。