磁导率检测技术对430不锈钢构件检测的最优激励频率设计研究

磁导率检测技术是一种可高精度评价铁磁构件整体或部分区域应力集中、疲劳损伤状况的无损检测方法。依据磁导率检测原理,以430铁素体不锈钢试件为研究对象,研究激励电压幅值、激励线圈匝数、检测线圈匝数及外加拉应力对检测传感器最优激励频率的影响。研究发现,最优检测频率随激励线圈匝数的增加而减小;最优检测频率与外加拉应力有关,当外加拉应力超出试件的弹性变形阶段时,最优频率随拉应力的增大而增大;最优检测频率不随激励电压幅值、检测线圈匝数的变化而变化,但随着激励电压幅值、检测线圈匝数的增加,检测灵敏度升高。该研究结论可为灵敏传感器的设计提供参考。     

电磁超声换能器新型线圈阻抗及匹配电容的计算

为提高电磁超声换能器(EMAT)的换能效率及信噪比,研究了EMAT线圈阻抗匹配的方法。考虑到检测材料属性、线圈提离以及线圈在高频激励下的集肤和邻近效应等因素会影响线圈的阻抗大小,线圈的分布电容也会对线圈的匹配产生影响,针对EMAT线圈的等效电路,采用有限元方法计算了不同提离情况下的线圈阻抗和分布电容,以此为基础,对线圈的匹配电容进行了计算,并通过实验验证了计算方法和结果的正确性。计算和实验结果表明,线圈电阻随提离增大而减小,线圈电感随提离增大而增大,线圈分布电容随提离增大而减小,变化规律均符合指数规律。     

基于磁导率无损检测传感器的试验设计研究

为研究关键检测参数与检测灵敏度的关系,以45号钢板为试验对象,采用磁导率检测技术建立激励频率、激励电压幅值、激励线圈匝数、检测线圈匝数及线圈绕线截面积与检测灵敏度的关系模型,并对设计传感器的检测灵敏度进行试验验证。研究结果表明:检测灵敏度随正弦交流激励电压及检测线圈匝数的增加而升高,均呈线性关系,并且最佳频率保持不变;在一定激励线圈匝数范围内,检测灵敏度随激励线圈匝数的增加先升高后下降;检测灵敏度随激励线圈绕线截面积的增加而升高,而不随检测线圈绕线截面积的变化而变化。该研究成果可为灵敏传感器的设计提供借鉴。     

导电介质交流阻抗测量的自由衰减振荡方法

通过测量导电介质交流阻抗特性参数可实现多种物理或化学量的检测.对一阶传感系统添加电容或电感元件以构成二阶谐振单元,用连续方波脉冲信号激励谐振单元进入自由衰减振荡模式,可同时获取谐振单元的衰减因子和谐振频率.对金属板材的电涡流检测及盐溶液的电导率测量系统分别进行了实验.结果表明,这种方法可有效抑制提离距离或电极引线等非理想因素,在交流阻抗测量技术的传感器化研究方面有很好的应用前景.     

Gd2O3掺杂CeO2-δ固体电解质的电化学性能研究

利用交流阻抗技术(EIS)测试了Gd2O3掺杂CeO2-δ固体电解质的电导率.当测试温度低于695℃时,阻抗谱由2个变形的半圆弧组成;而高温时仅有1个变形的半圆弧.固体电解质的晶格电导率、晶界电导率和总电导率与测试温度的关系服从Arrhenius公式.材料的电导率随成型压力的增大先增大,然后减小.随烧结温度的升高,材料电导率是升高的.     

基于磁导率检测技术的传感器设计研究

磁导率检测技术是一种依据磁导率的变化检测铁磁试件应力集中状态和疲劳损伤程度的无损检测方法,可实现对构件残余寿命的有效评价。依据磁导率检测原理,针对棒状待检构件设计研制一高灵敏检测传感器,考察检测线圈绕线直径、绕线线圈匝数、激励电压对最佳检测频率和检测分辨率的影响。研究发现,最佳激励频率随线径的增加而减少,信号分辨率随线径的增加而增加;绕线匝数与激励最佳频率无关,但与信号分辨率有关;激励电压对最佳频率的范围无影响,但对信号分辨力有影响。该研究结论对研制高灵敏度的磁导率检测仪具有重要意义。     

基于谐波平衡法的双稳态压电发电系统非线性振动特性研究

研究双稳态压电发电系统非线性振动特性。通过谐波平衡法计算获得系统幅频响应方程,分析不同非线性系数、阻抗参数与激励对系统幅值解影响,随激励频率、幅值的变化,双稳态压电发电系统幅值解存在跳跃、多解现象,调节非线性系数及阻抗参数可使不稳定区域范围最小;研究外加激励对功率影响,随非线性系数及阻抗参数的增加,输出功率先增加后减小,通过调节磁化强度与负载阻抗可使系统输出功率最大;通过实验所得频率电压响应曲线及电阻功率响应曲线,验证系统非线性分析结果。可为双稳态压电发电系统工程应用提供理论依据。     

熔体抽拉非晶微丝长度对巨磁阻抗的影响

研究了不同频率下非晶丝长度对巨磁阻抗(GMI)的影响规律和机制。低频下(<1MHz),由于边界效应对有效磁场的影响使得GMI效应随非晶丝长度减小而逐渐减小,1MHz时,随样品长度由20mm减小到4mm,其最大阻抗变化率ΔZ/Z由8.07%减小到1.03%;频率升高,由于趋肤效应和磁化机制的改变,而电阻随长度减小而减小利于获得大的环向磁导率,边界效应和电阻降低的共同影响下,存在一个最佳长度时,环向磁导率变化剧烈,GMI效应最强,结果表明直径34μm的熔体抽拉Co基非晶丝长度为7mm左右时,GMI效应最敏感,8MHz时最大ΔZ/Z达到86.1%。这一结果将为不同频率下MI传感器制备时样品长度选择提供参考。     

采用Pareto人工鱼群算法的结构健康监测传感器位置多目标优化EI北大核心CSCD

发展基于Pareto多目标人工鱼群算法(Multi⁃Objective Artificial Fish Swarm Algorithm,MO⁃AFSA),解决结构健康监测中传感器位置多目标优化的问题。构建与观测模态线性独立性、结构损伤灵敏度和损伤信息冗余性有关的传感器位置多目标优化目标函数;改进人工鱼群算法的追尾和觅食行为,并引入外部档案集以处理寻优过程中的互不支配解,结合Pareto概念选取与理想点欧式距离最近的Pareto解为最优解;以三层平面钢框架结构为数值算例,用基于Pareto人工鱼群算法求解传感器位置多目标优化方案,并进行结构损伤识别。研究结果表明:用所提方法得到的传感器测点在结构中均匀分布,获取的结构损伤信息更为全面,冗余性低,振型独立性好,能够较精确地识别损伤位置和损伤程度,并且抗噪性能好。     

基于压电传感器的树脂基复合材料固化过程监测

复合材料固化成型工艺是影响树脂基复合材料结构性能的关键之一,因此需要针对其固化过程进行有效在线监测。本文基于压电传感器提出一种超声导波技术和机电阻抗技术相结合的树脂基复合材料固化过程监测方法,研究了超声导波能量与固化时间的关系及机电阻抗共振峰随固化时间的变化规律。研究表明,固化过程中树脂基复合材料结构的超声导波信号幅值和机电阻抗信号共振峰频率均出现先减小后增大并逐渐平稳的趋势,可以体现树脂基复合材料固化过程中的一系列变化。以监测单向碳纤维(T300)/热固性环氧树脂预浸料固化为例,验证压电传感器对复合材料固化的监测方法。T300/热固性环氧树脂复合材料在真空袋压、固化温度为120℃条件下,20 min为凝胶时间点,65 min为固化完成时间点。本研究基于压电固化过程在线监测方法为树脂基复合材料成型工艺的设计和优化提供了基础数据和技术支撑。      

PDC-SiBCN陶瓷基无线无源温度传感器的性能EI北大核心CSCD

以耐高温聚合物先驱体陶瓷(PDC-SiBCN)为温敏介质材料,金属铂作为谐振腔材料,并在陶瓷表面开槽形成共面天线,制备出集开槽天线与谐振器一体的无线无源温度传感器,实现温度信息的无线无源传输。结果表明:传感器的谐振频率随测试温度的升高呈单调递减变化,PDC-SiBCN陶瓷的介电常数随温度的升高而单调增加,其中热解温度为1000℃的传感器测试温度达1100℃,具有优异的耐高温性和介温特性。同一测试温度下传感器的谐振频率随直径的增大而减小,也随热解温度的升高而降低。通过对传感器的谐振频率-温度拟合曲线进行一阶偏导得到灵敏度方程,传感器在1100℃的高温下有较高的灵敏度。传感器具有良好的循环稳定性能,在室温下实际无线传输距离达到42 mm,当测试温度为1100℃时传输距离可达8 mm,可应用于高温恶劣环境下航空发动机的温度监控。     

随机参数诱导交流积分器中的随机共振研究

研究了具有随机参数的交流积分器中的随机共振现象。基于线性系统理论,得到了系统输出信噪比的表达式。研究发现,输出信噪比是噪声强度、噪声相关率以及系统参数的非单调函数。信噪比随着激励信号频率的增大而增大,随着信号直流分量的增大而减小。     

光纤光栅传感器在CFRP冲击载荷监测中的应用研究

提出了一种用光纤光栅传感器监测CFRP结构冲击载荷的方法,构建了冲击监测系统。将FBG传感器粘贴于CFRP试件表面构成传感网络,针对不同冲击点,同一传感器监测的冲击响应信号进行分析,CFRP试件的一阶、二阶谐振频率为53 Hz、100 Hz,不同谐振频率对应的幅值随冲击点的改变而不同。冲击CFRP试件,对FBG传感网络感知的冲击响应信号进行小波包分解,获得各传感器的小波包能量谱图。结果表明传感器信号的第6阶小波包能量变化明显,能量大小与冲击点和传感器之间的距离及其夹角有关。研究结果将为CFRP结构的动态监测领域提供了实验参考。     

不锈钢纤维吸波性能研究

以集束拉拔制备的302,304和316L 3个牌号、不同丝径奥氏体不锈钢纤维为对象,采用Agilent8722ES矢量网络分析仪,测量了它们的复数电导率和复数磁导率的微波频响特性曲线.实验结果表明,不锈钢纤维的微波磁导率(μ′,μ″)随纤维直径的减小而增大.2 μm的304不锈钢纤维的复数磁导率μ″在2 GHz处达到2.2.302不锈钢纤维吸波性能明显优于等径的316L和304不锈钢纤维.302不锈钢纤维在2～18 GHz频率范围内符合吸收剂频谱响应特性要求.     

基于PSO-BP模型的扩散硅压力传感器温度补偿

硅的电导率易受温度影响,导致扩散硅压力传感器的输出电压随温度变化产生漂移,需对该传感器进行温度补偿,针对该问题提出粒子群优化的BP神经网络算法(PSO-BP)。通过二维标定实验,利用温度传感器监测实验环境温度,得到扩散硅压力传感器在不同工作温度下的输入输出特性曲线,建立PSO-BP模型。该模型利用粒子群算法全局寻优的能力为BP神经网络算法初始权值和阈值选取最优解,弥补传统BP神经网络初始值随机选取的弊端,克服容易局部陷入极值的缺陷。实验结果表明,经过PSO-BP模型补偿后的输出零位温度系数和灵敏度温度系数均减小一个数量级,证实该模型能够有效降低温度对扩散硅压力传感器的影响。     

新型双向流量计磁导率和几何参数对流量输出电压信号的影响

新型双向流量计外部磁线圈输出电压信号波形不平滑、杂波扰动明显的问题与部件磁导率、几何参数等密切相关,为了改善外部磁线圈输出电压信号质量及优化设计参数,首先对流量传感器的结构进行理论分析,得到了外部磁线圈输出电压信号的解析式,然后建立了二维Ansoft Maxwell仿真模型,对导磁体小球、永磁体、磁线圈、测量管、中轴等部件的磁导率和几何参数对线圈输出感应信号的影响进行仿真.结果表明,永磁体体积越大、导磁体小球的半径和磁导率越大、中轴的半径和磁导率越大,外部磁线圈输出感生电压信号幅值越大;测量管壁厚度和磁导率越大、永磁体与导磁性小球距离越大,外部磁线圈输出感生电压信号幅值越小.增加测量管壁的厚度对抑制基波扰动信号幅值、平滑输出波形具有较明显的作用.     

振动参数与梨损伤特性和黏弹性的关系

研究运输过程中梨因振动引起的损伤以及其黏弹性的变化。利用振动台模拟运输条件,用DASP对信号进行采集并进行分析,用质构仪对梨果实进行黏弹性分析,并建立相应的流变模型,进行参数识别。梨果实的损伤体积和加速度传递率随振动加速度的增大而增大,随频率的增大而减小;梨果实的蠕变量随振动时间的延长而增大,随振动频率的增大而减小;相同振动加速度下低频对梨果实的运输最为不利,相同振动频率,振动加速度越大,对梨损害越严重。     

激励功率对微机械谐振梁谐振频率的影响

对谐振式微机械传感器的敏感元件——微机械谐振梁的谐振频率特性进行了详细的实验研究,并从理论上分析了激励功率对谐振频率的影响．实验结果表明,谐振频率随着激励功率的增加而近似线性减小,当激励功率从1．1mW提高到10．1mW时,谐振梁的谐振频率降低了1．609kHz,灵敏度为0．179kHz／mW．实验结论与理论分析的结果基本一致．若要使激励功率对谐振频率的影响减小,则要求降低激励功率并减小梁的长度,增大梁的厚度和宽度．上述研究结论对优化谐振式微机械传感器敏感元件结构尺寸的设计有指导意义．     

乘性三值噪声作用下微分电路中的随机共振现象研究

基于线性系统理论,利用三值噪声的统计性质,推导出了系统输出幅度增益的解析表达式。研究表明,随着输入信号频率、三值噪声的定态概率、噪声状态间的跃迁速率、参数k(电容C的倒数)的增大,输出幅度增益出现一个最大值。当信号频率较低时,输出幅度增益随着k的增大而单调下降;当信号频率较高时,输出幅度增益随着k的增大而单调增大。当信号频率较低时,输出幅度增益随着定态概率的增大而单调增大;当信号频率较高时,输出幅度增益随着定态概率的增大而单调下降。随着G0(电阻的倒数)的增大,输出幅度增益单调减小。     

材料固有损耗对压电振子谐振特性及参数测量的影响

本从考虑损耗时压电振子的阻抗（或导纳）议程出发,详细分析了材料固有损耗对压电振子的频率特性及参数测量的影响。分析结果表明：谐振（或反谐振）频率与理想无损时的相应值的偏差随损耗的增大而增大、随谐序的增大而减小。中还进一步分析了机械损耗对压电振子几种常用参数测量结果的影响。