双轴压缩下干操与饱水岩石中超声衰减的实验研究

本文在分析前人研究成果的基础上,建立了岩石试件双轴加载超声波衰减测试系统,编制了数据处理用的程序。作者用脉冲传播频谱比方法,对砂岩和辉绿岩试件进行了声波衰减与应力关系的实验研究,通过近百次实验,取得了一些有价值的数据。 实验结果表明,在双轴压缩下,Q值随差应力的变化规律,不同于单轴压缩下或静水压力下,Q值的变化规律。在一定的侧压力下,声衰减的Q值随主应力增加而迅速增加,到一定压力后,Q值反而略有下阵,直至极限应力时,Q值趋于稳定值。另外,随恻向应力的增加,Q值随主应力增加而增加的幅度逐渐变小。对不同的岩石Q值随差应力的变化率与岩石种类、孔隙率和饱水度有关。 本文介绍的声衰减测量方法,可以在岩体工程的应力测试和岩石力学研究中推广应用。     

钢铁磁导率无损检测综述

通过检测其磁导率即可获得待测钢铁应力、疲劳损伤、物理化学损伤等方面的信息.本文对现有的钢铁磁导率检测方法做了总结,为钢铁磁导率的检测提供参考.     

基于光纤光栅传感的金属薄板超声探测

搭建了光纤光栅检测超声应力波系统,并阐述其工作原理,以动态应变与光纤光栅中心波长漂移量间关系为基础,推导得出输出电压与板中应变成线性关系.采用超声信号发生器发射28kHz的脉冲信号激励超声振子,通过有机玻璃楔形块将激励传递至5052铝合金薄板产生超声应力波,并利用光纤光栅应变传感器对其进行探测.在板上开一98mm长裂缝,测得超声应力波中出现新的波包,通过计算损伤前后新增波包到来的时间差确定裂缝位置,所测结果与实际位置偏差为2.7mm.该实验表明光纤光栅可代替超声探头来实现对低频超声波的探测.     

李萨如图形法测量软磁材料磁导率

提出了李萨如图形的一个新应用——测量软磁材料磁导率.实验系统由示波器和信号发生器构成,以安培环路定理及法拉第电磁感应定律为理论基础,利用李萨如图形实现了软磁材料磁导率的测量.实验结果给出了在材料未达到饱和磁化的情况下,不同励磁频率下的磁导率测量结果.     

国产磁合金环性能的测试

通过搭建谐振电路的方法对国产磁合金环性能进行了测试。测试的主要参数包括磁合金环的磁导率、Q值及其并联阻抗值等。测试结果表明:该磁合金环的Q值很低,随频率的变化不明显;磁导率很大,随频率的增加而减小;并联阻抗值随频率增加而变大。在100 ℃温度以内,其性能参数变化很小。     

一种用于土壤非金属养分测试的光纤探头式分光光度计

针对测土配方施肥技术中要求快速、便捷、高效地进行土壤养分测试的需求,文章基于浸入式光纤探头、平场凹面全息光栅、二极管线阵检测器开发了一种光纤探头式分光光度计用于土壤养分中非金属元素的快速、准确测试。基于国家计量检定规程JJG 178—2007对紫外、可见、近红外分光光度计的性能检测方法测试的该仪器的波长最大允许误差与波长重复性、基线平直度、透射比最大允许误差与透射比重复性均达到了国标第Ⅲ级别标准,其最小光谱带宽、噪声与漂移、杂散光基本达到了国标第Ⅳ级别标准。基于该仪器测试的土壤硝态氮、铵态氮、有效磷、有效硫、有效硼、和有机质含量与基于商用的国产单光束和进口双光束分光光度计测试的结果呈极显著的线性相关关系,其回归方程的斜率接近于1,且对比数据之间无显著性差异。因此,该光纤探头式分光光度计可用于土壤非金属养分的快速、准确测试。     

热声转换的声表面波电压传感机制

提出了一种基于热声转换的高灵敏声表面波(SAW)电压传感机制并开展实验验证。从传热角度以及微扰理论出发建立了基于热声转换机制的SAW电压传感理论模型,探索了结构参数以及环境因素对SAW电压传感器灵敏度的影响规律。为了验证理论模型,在Y切石英基底上同芯片集成设计MEMS微型加热器与200 MHz声表面波器件以制备SAW电压传感器件,并搭建电压测试平台对传感器件开展性能测试。实验结果表明所制备的SAW传感器件电压与频率响应之间具有二次线性关系且在室温(20℃)下具有与理论相近的电压灵敏度(22.4 kHz/V),此外实验获得的环境温度对电压灵敏度的影响规律与理论相符。基于热声转换机制的SAW电压传感器能够显著的提高电压检测灵敏度。     

全息检测中的焦散线现象与干涉条纹的关系

在实时全息干涉计量实验中，当试件负荷甚大时，干涉条纹中会出现一些阴影区，它们在试件破裂过程中起重要作用。当负荷接近试件断裂强度时，可清晰看到并记录下阴影区的延伸、分叉、扩展直至试件破裂的过程。这些阴影区实际上就是几何光学中的焦散线现象。应用此现象可以计算应力强度因子。介绍了在寻找全息干涉条纹与应力强度因子之间关系所作的研究，导出了干涉条纹最大值与应力强度因子之间的定量关系式。从而，为使用全息法与焦散线法相结合的检测方法提供了定量计算的基础。     

铁磁板磁巴克豪森应力检测的解析模型

作为评估铁磁材料性能及应力状态的重要无损检测技术之一,磁巴克豪森噪声方法可实现对材料早期结构损伤及相关应力状态的定量评价,应用前景广阔.此方法能否准确评估材料内部损伤及应力状态,关键在于能否建立合理有效的检测信号与材料内部应力分布之间的关系.为此,本文以铁磁板为例,沿板厚度方向激发信号,根据磁巴克豪森信号传播过程中的强度衰减效应,建立了铁磁板表面磁巴克豪森信号与材料内部应力定量关系的解析模型.基于已有实验结果的研究证实,本文理论模型能准确反映不同检测频率下铁磁板内部均匀应力值差异对检测信号的影响.而且,对于铁磁板内存在应力分布的情形,采用本文解析模型,研究得到了板内应力分布、铁磁板厚度、磁导率和电阻率等主要参数对铁磁板表面检测信号的影响规律.本文理论模型不仅揭示了基于磁巴克豪森噪声方法的铁磁材料应力检测机理,同时也为发展磁巴克豪森无损检测技术提供了合理有效的理论依据.     

Tb0.3Dy0.7Fe2合金磁畴偏转研究

研究了Tb_0.3Dy_0.7Fe₂合金在压磁和磁 弹性效应中的磁畴偏转和磁导率特性. 基于Stoner-Wolhfarth 模型能量极小原理, 绘制了自由能与磁畴偏转角度的关系曲线, 研究了压应力和磁场载荷作用下磁畴角度的偏转特性, 计算分析了不同载荷作用下磁畴偏转的磁导率特性, 并与实验数据进行比较论证. 研究表明,应力和磁场的作用都将使磁畴方向[111]和[111]发生角度跃迁, 直观有效地解释了材料巨磁致伸缩效应的机理; 应力和磁场作用下磁畴的偏转将使材料磁导率呈减小趋势, 其中磁场能对磁导率的影响大于应力能, 这一现象在小载荷作用下尤为明显. 实验结果表明, 磁导率的计算数据与实验数据符合得较好, 验证了计算方法的正确性. 理论分析对Terfenol-D磁畴偏转模型的完善 和磁化过程中磁滞回线的绘制非常有意义.     

透明液体质量分数与折射率关系的居家实验

基于折射定律和光杠杆原理设计了透明液体质量分数与折射率关系研究的居家实验,通过多边形容器的2个面折射,采用光杠杆原理将因液体质量分数变化而引起的折射光线偏移量放大,再利用折射定律和光杠杆的几何关系得到液体折射率和光线偏移量之间的关系.以NaCl溶液为例,分别用方形容器和三角形容器进行了测量,实验结果表明液体的质量分数与折射率呈线性关系,与经验公式吻合,且方形容器的测量精度更高.     

铁电压控谐振器的研究

研究了单端加载铁电叉指电容的微带半波长谐振器的压控特性.铁电材料为LaAlO3衬底上脉冲激光淀积的SrTiO3,叉指电容电极为金.测量了谐振器77K下的压控谐振性能.谐振频率在6GHz左右,70V偏压下的压控频率范围大于180MHz.在10～40V内,谐振频率与偏置电压之间呈良好的线性关系,谐振器的有载Q值为60～90.     

热功学与塑性变形关系的研究

从塑性过程的不可逆性 ,讨论了热功定律与塑性变形之间的关系 ,论证了任何塑性应力应变关系符合热功定律的要求 ,且受热功定律的制约。     

一种快速有效的NQR探头恢复方法

介绍了一种用于主动减小NQR探头恢复时间的Q值变换电路,它利用MOEFET控制变Q电路与探头电路的耦合,并通过变压器增加与电感线圈串联的阻抗值以达到改变Q值的目的. 此电路不会产生新的振铃也不会对接收NQR的分辨率造成损失. 实验结果表明,电路能有效缩短探头的恢复时间,同时还可以提高信噪比.     

环保型教室座椅发电装置

通过平时的观察,发现教室中的折叠座椅使用时产生的机械能被浪费掉,为了研究如何将这部分机械能利用起来,以法拉第电磁感应定律为基本实验原理,运用机械设计知识,创新性地在教室座椅上,设计了一种通过座椅的开合带动处于磁场中的线圈转动,从而产生电流的环保型教室座椅发电装置,该装置将按压座椅产生的机械能转化为电能,达到发电的目的.理论计算得出,当按下座椅的平均耗时为1s,该装置的输出电压为10.8V,与实验测试得到装置的输出电压9.4V相近.研究表明,装置产生的输出电压与座椅被按下速度之间呈现正相关关系.     

荧光法表面静压测量研究

本文利用氧致荧光猝灭效应,在实验上得到荧光强度随静态压强变化的正比关系曲线,与用Stern-Volmer方程和亨利定律分析的结果完全一致.这种方法可以用于风洞中被测物体表面压力及流场的测试,具有经济、灵敏、不破坏试件,工艺简单等特点.     

超高速电光采样技术中的电光晶体设计

提出了在高速电光采样技术中利用AlGaAs光波导作为电光晶体来传输飞秒激光,从而可以大大降低半波电压,提高探测的灵敏度.首先研究了在加电和不加电情况下激光在AlGaAs光波导中的传输特性,进而讨论了TE模、TM模的相位差与外加电压之间的关系.结果表明:加载电压与TE0模和TM0模在波导输出截面的相位差呈线性关系.尤其是,采用AlGaAs光波导来传输飞秒激光,可使半波电压比传统方法降低一个数量级,从而可使其对弱信号的探测能力大大提高.     

超导体与磁体间的三维磁力及磁场测试装置研制

本文研制的三维磁力测试夹具和三维霍耳探头,可以实现:1)直接测量出磁体与磁体、磁体与超导体等之间的三维磁力随两者之间相对位置的变化规律;2)直接测量出任何磁体或组合磁体在空间的三维磁场分布;3)通过将三个三维霍尔探头或九个单独的霍尔探头分别按研究内容的需要固定在所要研究的空间区域,再改变磁体与磁体之间、或磁体与超导体等之间的相对位置,从而在测量出它们之间的相互作用力的同时,测量出由于它们之间因相对位置改变而引起的动态磁场分布变化;还可以得到磁体接近超导体时磁场进入超导体的动态变化规律等.该套测试装置,将工作效率提高到原来的300%以上.这对研究磁性材料的宏观磁性质具有非常重要的意义.     

超声换能器辐射场应力定量测量方法研究

提出了一种基于动态光弹观测系统的超声换能器在透明固体中辐射场应力定量测量新方法。该方法关注到激光束穿过非均匀应力区时的双折射累积效应和Senarmont补偿法均匀应力假设与真实应力非均匀分布之间的差异,利用滤波反投影算法重建出应力场;根据应力与换能器激励电压的线性关系,用4种激励电压动态校准重建后的应力数据。实验定量测量了圆形晶片超声换能器在固体内部辐射的瞬态纵波场的应力分布,结果表明应力幅值与激励电压成正比,符合线性规律。     

一种高功率三平板传输线电压测量探头的设计

 为测量高功率水介质三平板传输线的电压,设计、标定了一种D-dot探头,安装在三平板线的入口和出口处,探头感应脉冲电压的微分信号。探头与基座之间的绝缘层为浇注的环氧树脂,可以在满足密封去离子水的要求下,使探头对地电容较小,从而获得良好的高频响应。利用ANSYS对探头结构进行了优化设计,使三相点位置的电场强度得到有效降低。使用经线下标定过的电阻分压器进行标定。实验中采用电容器放电,用一段高压电缆作为脉冲形成线获得逐级上升的快前沿（约70 ns）电压脉冲,并将之作为标定信号源,标定得到三平板线入口、出口探头的灵敏度分别为386 kV/V和402 kV/V。探头测量结果与电路模拟结果一致。在三平板线耐压实验中,板线出口电压达到了3.1 MV,探头的绝缘结构设计能够满足要求。实验结果表明该探头适合高功率三平板传输线电压的测量。