多声道超声流量计在弯管段安装的适应性研究

针对在不具备直管段安装条件时,如何合理地选取多声道超声流量计的声道数量、测量断面及安装角度,本文从数学建模、误差分析、数值计算仿真与试验分析等方面,对DN400多声道超声流量计在弯管中的适应性进行了综合研究.利用高斯-雅克比数值积分法,给出了试验数据处理与数值仿真的数学模型,并分析了模型误差及横流的影响,提出利用双断面测量可减小横流的影响,并在数值仿真和试验中得到了验证.通过对声道数量、测量断面、安装角度进行数值仿真和试验表明,安装角度对低流速测量影响显著,最佳安装角应为0°;高流速测量应选用双断面,可根据测量精度的要求选用8声道或18声道.仿真结果与试验结果得到了很好的吻合,为进一步指导试验奠定了理论基础.     

矩形超声换能器空间脉冲响应计算方法研究

空间脉冲响应模型是一种可以高速、精确地计算平面型超声换能器瞬态声场的方法,该方法不需要对平面型探头的表面进行离散化或近轴近似处理。首先将空间点投影到换能器平面内,将构建空间脉冲响应函数转化为计算以该投影点为圆心,与换能器相交的圆弧段的圆心角。由于矩形换能器包括4个顶点和4条边线,其几何形状与圆形换能器相比较为特殊,所以当投影点位于平面内的不同位置时,其计算方法也不相同。首先将探头所在平面进行分区,当投影点位于同一分区中时,其空间脉冲响应函数的计算方法相同;然后给出了当投影点位于各个分区中时的空间脉冲响应函数的计算过程,分析了矩形换能器尺寸的变化对分区的影响;最后,对一维超声相控阵探头的瞬态辐射声场进行了计算实验,并采用动态光弹方法对瞬态声场进行观测实验。实验结果表明,不同的换能器尺寸对计算过程及结果有显著影响,本文计算方法可以有效地实现矩形超声波探头在均匀单一介质中的瞬态声场仿真计算,有利于对平面矩形类超声换能器进行优化设计。     

超声流量计探头安装位置对测量影响数值仿真研究

超声流量计非实流标定方法中一个尚待解决的问题是超声探头安装位置对流量测量的影响,该问题始终制约着超声流量计非实流标定技术的发展.为解决这一难题,提出利用计算流体动力学数值仿真来研究这一问题的方法.基于实流试验获得超声流量计探头位置对其测量结果的定量影响,并将其作为数值仿真依据,探索仿真模型建立方法;在验证数值仿真方法的基础上对超声探头的两个典型安装位置--全伸和全缩进行研究;通过分析流场流动机理、各声道速度分布以及探头处的流场变化,最终获得探头安装位置对流量测量的影响规律以及产生的测量误差.两个安装位置相比,探头全伸比全缩测量效果更好,即推荐探头全伸为超声流量计探头最佳安装位置.     

空气耦合超声换能器声场计算与测量研究

利用空耦超声换能器发射孔径的空间脉冲响应计算平面换能器的声场分布特性.该方法基于线性声学理论的假设,利用孔径表面发射的球面脉冲波的叠加来获得空间中任意点的脉冲响应.由于空气介质中超声的吸收衰减对于声场分布影响较大,并且衰减随着频率的增大而增大,所以在频域计算中引入传播衰减函数,并通过与换能器激励脉冲的卷积获得该场点的声...     

水中探测超声换能器研究

讨论了水中近距控测装置的超声换能器设计,选择厚度振动模式的换能器,按品质因素和其方向性确定换能器的最佳工作频率与圆片厚度。通过水池实验,表明这种应用于水中近距探测的换能器具有工作可靠、方向性好、结构简单、成本低等特点。     

单弯管下游超声流量计的安装和测量性能研究

对大管径多声道超声流量计在单弯管下游流场中的安装和测量性能进行了数值仿真研究,分析了超声流量计在0.1 m、1 m和10 m口径下不同流速、声道数、旋转角以及前直管段长度时测量误差的变化规律。仿真结果表明,交叉声道布置形式对弯管产生的二次流所引入的横向测量误差有很好地抑制作用;对于大口径弯管下游流量测量,采用交叉4声道且将超声流量计安装在弯管下游5D位置可以获得1%的精度,且随着声道数的增多测量误差有减小的趋势;相同雷诺数时的测量误差基本相同。研究结果可为大管径多声道超声流量计的实际安装和使用提供一定的参考。     

旋转超声换能器的建模与仿真

在输入功率一定的一维纵振旋转超声加工系统中,为高效、精确地获取加工刀具末端的输出振幅,文中根据牛顿定律将换能器抽象为一个由质量、刚度和阻尼3个参数来描述的动力学模型。然后利用MATLAB/Simulink软件对换能器系统进行动力学仿真,分析超声换能器的数学模型及状态空间仿真模型,并利用有限元分析软件ANSYS验证MATLAB/Simulink仿真的准确性。换能器末端输出振幅的大小直接影响超声振动系统的加工性能,得到的仿真结果为超声振动系统的设计和改进提供了理论依据。     

大口径超声水表换能器紧固方式对测量数据的影响

超声水表是电子式水表的典型代表之一,其高可靠性及智能化的特点,在水表应用领域占据越来越高的市场份额。超声水表特殊的计量原理使其对换能器的要求非常高,尤其涉及计量的部分。在实际工程应用中发现,换能器紧固方式的不同对计量精度的影响较大。对换能器的紧固方式进行分析探究,旨在为超声水表性能的提高提供相关设计经验。     

超声水流量检测换能器性能指标及试验装置研究

文章研究了超声水流量检测换能器的工作原理和结构,从满足超声水表和超声流量计使用特性要求的角度提出了评价超声换能器性能的综合指标以及环境和介质影响量等指标,设计了配套的全性能台式试验装置。     

电磁超声换能器的阻抗测试方法研究

电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)由于其诸多的优点,逐渐被无损检测界所采用。设计其相应的电路对换能器的特性应有足够的认识。介绍了一种简单的EMAT阻抗测试方法,它无需用高质量的阻抗测量仪,就可测得EMAT的电抗(感抗或容抗)和电阻。     

换能器布阵型式对超声清洗效果影响的研究

针对多个同频率换能器应用于超声清洗设备中的需求,研究了三角形、矩形、正方形共三种换能器布阵型式对超声清洗效果的影响。应用ANSYS有限元分析软件,对不同换能器布阵型式下的板声源特性进行结构动力学分析,确认换能器三角形布阵型式具有较大的振幅,并且振幅分布最为均匀。利用MATLAB软件对换能器三角形布阵型式的清洗槽声场分布进行数值分析,确认清洗具有可行性。通过浸泡式超声网板清洗试验,验证了换能器三角形布阵型式的清洗效果,建议超声清洗设备优先采用换能器三角形布阵型式。     

压电超声换能器的粘接技术

通过对粘接理论和粘接破坏形式的分析，针对超声换能器对粘接的机械性能和声传输性能的特殊要求，给出了超声换能器粘接的实用方法，包括表面润湿方法、非均匀加载固化等，经过实验的验证，取得了理想的效果，为其它领域的压电器件的粘接工艺提供了有效的方法。     

四分之一波长夹心式压电超声换能器的设计研究

阐述了四分之一波长夹心式压电超声换能器的结构特点,对其机电振动特性进行了理论分析,得出纵向振动下换能器的机电等效电路图,给出了频率方程,并设计出一个换能器.使用有限元仿真软件ANSYS对换能器进行模态分析,结果显示其纵向振动时的同有频率与理论值十分接近,验证了理论推导的正确性.     

高频超声换能器技术研究进展与展望

高频超声是超声技术前沿研究领域,可以提供更高的空间分辨率、更精准的检测诊断信息,在生物医学临床与基础研究、先进装备制造无损检测等领域具有重要的应用价值,但其核心器件高频超声换能器的研制一直是高频超声技术发展的瓶颈。首先,介绍了超声换能器基本理论;然后,论述了高频超声换能器技术发展现状、面临技术难题及解决途径,并结合高频超声换能器研制实例予以说明;最后,对高频超声换能器技术进行了讨论与展望。     

纵-扭复合超声换能器振动特性的试验研究

通过理论和仿真分析,设计和制作了一种纵-扭复合超声换能器,其谐振频率与理论值较吻合。进而重点试验研究了螺栓预紧力对纵-扭复合超声换能器相关参数的影响。随着预紧力的增大,频率、品质因数、动态电阻都呈现出一定的规律性。通过合理预紧,使共振频率更接近理论频率,并获得较理想的纵-扭振幅。     

基于空间脉冲响应的超声换能器声场研究

以空间脉冲响应为理论基础,建立了换能器空间声压模型,通过求任意时刻相交弧长对应圆心角的方法,计算了圆形和矩形换能器的脉冲响应函数,并仿真了其声轴线平面、横截面和声轴线的声压分布,通过与理论声压对比,仿真结果可以准确地反映换能器在空间辐射的声场。该方法对优化换能器设计参数和无损检测工艺、提高超声检测分辨率和可靠性有重要意义,也适用于其他形状换能器声场的计算。     

电磁超声换能器的研究进展综述

电磁超声换能器是一种新型的超声波发射接收装置。因为无需与被测物接触，EMAT将传统的超声无损检测技术扩展到了高温、高速和在线检测中；同时，由于能够省略对被测物表面较为繁琐的预处理工作，EMAT显著提高了检测效率。目前，在充分发挥电磁超声自身优势的基础上，通过与其他新技术相结合、并应用多种新的建模和信号处理方法，EMAT的功能已变得日益强大。以近十几年的文献为基础，从EMAT装置的设计与优化、EMAT模型的建立、EMAT接收信号的处理、电磁超声技术的工程应用几方面对EMAT的研究现状和最新发展进行了综述。     

气隙谐振型气介超声换能器的研究

分析圆盘复合振动型气介超声换能器的振动模式与两反相区的相消作用，提出了一种带λ／2气隙 谐振腔结构的新型气隙谐振型气介超声换能器，并介绍其原理和试验结果。