复合材料的超声检测技术 Ⅱ.非接触超声C-扫描技术

本文对于激光超声、干耦合和空气耦合三种非接触超声C-扫描技术的原理、特点及其在复合材料检测中的应用做了简明介绍．     

空气耦合超声检测复合材料研究综述

复合材料普遍具有高比强度、高比刚度、高模量、耐腐蚀等优异性能,广泛应用于飞机机翼、导弹外壳、航空发动机壳体等部位。制造和服役过程中各类缺陷影响复合材料的力学性能和服役性能,必须采用有效的方法准确检测和评估复合材料中各类缺陷。空气耦合式超声检测具有完全非接触、非侵入、无损伤和无需耦合剂的特点,能够很好地运用于复合材料的在线和在位检测。该文就近年来空气耦合超声检测技术的研究现状进行了系统综述,简明扼要地分析和介绍了当前空气耦合超声检测的研究热点及进展,重点介绍了1-3型压电复合材料换能器、信号处理技术、相控聚焦式空气耦合超声检测、超声在复合材料的传播特性及其与缺陷交互作用的研究现状,探讨了空气耦合超声无损检测技术与仪器的发展方向,总结了目前空气耦合超声检测的研究热点问题,最后展望了空气耦合超声检测的发展趋势和应用前景。     

多基元聚焦空气耦合超声换能器*

文中针对空气耦合超声换能器及其在表面缺陷检测中的应用开展了研究。选用1-3型压电复合材料及双匹配层结构来实现超声换能器压电材料与空气之间声阻抗的逐渐过渡,提高压电材料/空气界面的声能量透射率进而提高空气耦合超声换能器的灵敏度。在此基础上研发制作了440 kHz多基元聚焦空气耦合超声换能器,并对其性能进行了测试。其焦距、焦宽及焦深分别为41.44 mm、1.14 mm和20.30 mm,灵敏度和带宽分别为-50 d B和20.2%。测试结果表明该空气耦合超声换能器具有优良的性能,利用该超声换能器可以有效检测材料表面缺陷。     

模式转换环形耦合振动超声辐射器

提出了一种新型耦合振动环形超声辐射器,辐射器由纵振换能器及变幅杆激励特定尺寸的金属圆环,使其能有效地将纵向振动转化为圆环的径向轴向耦合振动从而向环的径向、轴向辐射超声波,并且在环的中心形成聚焦声场。推导了该辐射器的等效电路,给出了等效电路法和有限元法优化设计环形超声辐射器的详细过程。研究了耦合振动环形超声辐射器的谐振特性及其辐射声场特性,根据理论计算结果加工了相应的环形超声辐射器,实验测试结果与理论计算结果符合得较好。本文提出的模式转换环形耦合超声辐射器可望在声化学等液体处理领域获得应用。      

超声C扫描用喷水系统设计及其检测稳定性*

摘要：本文针对列车车体复合材料构件检测用超声C扫设备喷水系统的检测稳定性问题开展研究。基于喷水式超声耦合检测原理,设计了一种喇叭段+直管段的喷嘴,以使水流形成变径约束的层流,从而缩短喷嘴长度。结合实验分析了工艺参数对检测性能的影响。结果表明：喷嘴结构、耦合水流速、射水距离及检测方式等因素均对超声耦合稳定性及检测性能产生影响。试验结果可为喷水式耦合超声C扫技术在车体构件检测中的实际应用提供参考。     

纳米填充硅橡胶超声干耦合特性*

针对工业超声无损检测领域干耦合材料种类匮乏,且声能透射率低的问题,论文在室温硫化硅橡胶基底材料中添加不同成份和配比的纳米颗粒,制备了不同种类的干耦合材料,给出了干耦合条件下超声波的传输模型,得到了声学传输规律,对比分析了干耦合材料种类、厚度、硬度、超声中心频率及载荷因素对声能传输特性的影响。搭建了声学特性测试实验平台,分别对添加氧化铝、铁和二氧化硅纳米颗粒制备的干耦合材料进行了测定,试验结果表明填充二氧化硅质量分数为5%时,所形成的纳米填充硅橡胶的声阻抗提高了13.5%,使用200kPa预载荷对试块测量时回波幅值提高了18.0%,具有良好的声耦合性能。可为实际超声检测时干耦合材料的制备及应用提供参考。     

医用超声含水高分子耦合剂在武汉通过鉴定准备投产

为适应医学超声(诊断与治疗)技术的迅速发展与普及,研制与生产国产非油类高分子超声耦合剂已是医学超声界长期的渴望. 武汉市无线电研究所和武汉医学院附属第二医学,经过三年多的时间,通过256次配方试验,终于在研制医用超声含水高分子耦合剂方面取得可喜成果.由南京大学声学研究所生物声学研究室及上海第六人民医院超声研究室等单位协助对各种理化参数进行测试,说明均达到技术指标要求.并经上海第六人民医院、武汉医学院附属第二医院、湖北中医学院附属医院及长航总医院等单位的超声波室近二年内对上千例的临床诊断试用,证明该含水耦合剂的临床诊断效果良好,图象清晰完整,性能基本达到美国AQUASONIC耦     

电磁超声探伤实验

无损检验对于保证和提高产品质量有着十分重要的作用。自三十年代初超声探伤出现以来,无损检验工作中所使用的超声波大都是用压电换能器获得的。为了把超声波传入被检验材料中去,必须有声耦合介质,比如油、水或其他耦合介质。接触法要求材料表面清洁且需达到一定的光洁度,探伤速度慢而且不经济;水浸法对于提高探伤速度和适应检验表面粗糙的材料具有许多优越性,但也存在不少缺点,特别是由于压电换能器的压电晶体居里点的限制及耦合介质的限制,所以对高温材料的检验很难实现。涡流探伤虽然解决了超声探伤中声耦合介质的问题,但是它只能检验材料的表面及近表面缺陷,不能检验材料的中心缺陷。     

超声分子束注入模型与流体输运程序的耦合

将超声分子束注入模型加入到流体输运程序ONETWO 中,为ONETWO 程序提供了重要的粒子源和电子、离子热源项。在ONETWO 程序物理模型中加入超声分子束注入模型,修改TPSMBI 程序并将其耦合到 ONETWO 程序中。运用耦合后的ONETWO 程序模拟研究了喷气法与超声分子束注入产生的源项。将超声分子束注入模型加入到ONETWO 程序中不仅可以为相关的实验分析提供一种重要的工具,也可为未来装置(如中国聚变工程实验堆)的物理设计提供重要的粒子和能量源信息。     

超声分子束注入模型与流体输运程序的耦合

将超声分子束注入模型加入到流体输运程序ONETWO中,为ONETWO程序提供了重要的粒子源和电子、离子热源项。在ONETWO程序物理模型中加入超声分子束注入模型,修改TPSMBI程序并将其耦合到ONETWO程序中。运用耦合后的ONETWO程序模拟研究了喷气法与超声分子束注入产生的源项。将超声分子束注入模型加入到ONETWO程序中不仅可以为相关的实验分析提供一种重要的工具,也可为未来装置(如中国聚变工程实验堆)的物理设计提供重要的粒子和能量源信息。     

多匹配层空气耦合压电超声换能器*

该文针对超声无损检测与成像功能空气耦合换能器开展了分析计算和研制。为解决压电材料与空气间巨大的阻抗失配问题,进行了多匹配层设计,并基于有限元技术仿真设计了1-3压电复合材料参数。借助复数压电方程,导出考虑损耗的多匹配层压电复合材料换能器厚度振动等效电路,获得其等效导纳,以此计算电导谱,同时基于有限元技术数值计算相应电导谱,二者有较好的一致性。在此基础上分别设计制作复合压电材料,多匹配层材料以及由此构成的空气耦合超声换能器。换能器的实测电导谱与数值仿真结果一致。进一步的换能器回波信号测试及其谱分析结果表明,所研制的160 k Hz中心频率空气耦合换能器样品有较好灵敏度和带宽。这些结果说明,该文研制的空气耦合超声换能器的初样是成功的。     

超声耦合振动与“局部共振”现象

本文从耦合振动的角度出发，对超声加工系统中出现的“局部共振”现象进行了研究，通过对振动系统的分析用计算，指出“局部共振”流言是耦合振动的一种表现。     

超声雾化进样技术在ICP-AES中的应用研究

研究了超声雾化进样系统在电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)中的应用,考察了测定的影响因素。结果表明,超声雾化进样条件下,影响谱线强度和测量精密度的因素较多。其中影响较大的因素主要有:载气流量、进样速度、进样时间、冲洗条件及溶液的介质条件。载气的最大允许量远小于气动雾化中的常规用量。同时,进样时间对测量精密度的影响较大,而积分时间对测定的影响较小。此外,冲洗条件对记忆时间的影响较大, 辅助冲洗水流的方式有助于减小记忆效应的影响。实验表明:超声雾化进样条件下,As,Pb,Se,Bi,Ge,Mo,Cd,Cu等八种元素的检出限低于气动雾化进样的检出限10～25倍,超声雾化进样技术在ICP-AES中的应用有助于改善ICP-AES测定的灵敏度。     

超声耦合用磁性液体的研究

磁性液体可作为一种新型超声耦合剂，作者通过合理选择磁性液体的组分，改进其制备工艺，研制出吸附性强，流失损耗小，透声性好的两种磁性液体，它们在超声检测中具有独特的优点。     

激光超声无损检测技术

 传统的无损检测方法具有一定的局限性,例如:在高温高压、高湿、有毒等某些恶劣检测环境中,或被测工件具有放射性或腐蚀性,以及被测工件具有较快的运动速度时,已不能完全满足要求。因此,人们一直都在努力寻找适合于上述情况的无损检测方法。这里介绍一种激光超声检测技术,它是利用激光脉冲激发超声从而实现无损检测的一种方法,已逐渐成为材料无损检测的一种重要手段。本文详细介绍了激光超声的检测原理及应用,并指出目前尚存在的问题及解决措施。激光超声的激发原理激光超声是指用脉冲激光在介质中所产生的超声波或利用激光来产生超声这一物理过程。激光可以在固体中产生超声,也可以在气体和液体中产生超声。     

“超声技术——功率超声及其应用”评介

功率超声是利用超声振动形式的能量使物质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变,或使这种改变的过程加速的一门科学技术。与检测超声不同,功率超声是利用超声能量来对物质进行处理、加工,最常用的频率范围,是从几千赫到几十千赫,功率范围由几瓦到几万瓦。声能对物质的作用机制是功率超声较为独特的问题,也是一个比较复杂的问题,为此必须了解和究各种应用中的作用机理。     

超声心动图技术及其临床应用

一、M型超声心动图的诊断价值 及其限制 1953年,Edler和Hertz首先应用M型超声心动图技术记录了心内结构,从而开创了超声心动图诊断技术。27年来,由于M型超声心动图对病人无创伤、费用低、又适用于床边连续检测,因而已广泛应用于临床,并成为心血管疾病的主要诊断手段。M型超声心动图轴向分     

两种医用超声耦合剂中聚己双胍的含量测定

建立了医用超声耦合剂中聚己双胍含量测定的方法.采用分光光度法测定医用超声耦合剂中聚己双胍的含量,检测波长为535nm.盐酸聚己双胍在2-10mg/L范围内线性关系良好,两种耦合剂中聚己双胍的平均回收率为98.18％,RSD分别为0.029％和0.034％.分光光度法可用于本制剂的含量测定且方法简便,灵敏,结果准确.     

超声光栅实验中声致折射率变化的研究

为了研究声光效应中声致折射率变化情况,以超声光栅实验为基础,用CCD结合光强分析软件,分析了衍射光的强度分布;通过数值计算衍射光相对强度,比较得到了在超声场频率为10.27 MHz时,介质中的声光相位延迟Δ=1.2855 rad,声致折射率变化量Δn=3.014×10-6;进而讨论了电声换能器的机电耦合效率与超声频率的关系,给出当超声频率为10.33 MHz时,耦合效率最高,介质中折射率变化量最大;结果表明,在超声光栅实验中,引入这些测量内容,不仅能丰富实验内容,更能加深学生理解声光效应,扩展学生的知识面.     

非线性电磁超声对铝合金拉伸变形评价研究

非线性系数是描述材料中微纳尺度损伤的特征参量,非线性系数常通过接触式压电超声进行检测,但耦合剂引起的非线性一般是未知的,针对这一问题,提出了一种非接触式电磁超声非线性纵波检测方法。该方法基于洛伦兹力机理在试件表面产生的振动弹性波,利用不同拉伸载荷下所制备的损伤试件,分别利用压电超声、电磁超声进行非线性超声系数测量。实验结果表明:利用两种非线性超声检测的相对非线性系数与铝合金的拉伸形变呈单调关系,同时也论证了电磁超声纵波基于非线性理论对塑性变形评估的可行性。