基于小波变换及Wigner-Ville变换方法的超声导波信号分析

对结构中缺陷的检测和识别是无损检测中的一项重要研究课题,超声导波由于可在短时间内检测很远距离,故它的一个重要应用便是管材的检测。因而对导波检测信号的处理成为一重要研究内容,本文利用时-频分析方法中的小波变换和Wigner-Ville变换对管道和抽油杆缺陷的导波检测信号进行了分析处理。实验结果表明,进行小波变换后,缺陷回波信号的信噪比大大提高,直径仅1mm的小孔缺陷可容易地被识别出来,准确检测出其位置;通过对信号进行Wigner-Ville的相关变换,可同时在时频两域内对缺陷的回波信号进行分析,使缺陷辨别起来简单易行。两种信号处理方法的超声导波应用研究为以后导波信号的处理提供了新的实现依据。     

Quantitative measurement of local elasticity of SiOx film by atomic force acoustic microscopy

<正>In this paper the elastic properties of SiO_x film are investigated quantitatively for local fixed point and qualitatively for overall area by atomic force acoustic microscopy(AFAM) in which the sample is vibrated at the ultrasonic frequency while the sample surface is touched and scanned with the tip contacting the sample respectively for fixed point and continuous measurements.The SiO_x films on the silicon wafers are prepared by the plasma enhanced chemical vapour deposition(PECVD).The local contact stiffness of the tip-SiO_x film is calculated from the contact resonance spectrum measured with the atomic force acoustic microscopy.Using the reference approach,indentation modulus of SiO_x film for fixed point is obtained.The images of cantilever amplitude are also visualized and analysed when the SiO_x surface is excited at a fixed frequency.The results show that the acoustic amplitude images can reflect the elastic properties of the sample.     

铝板中激光Lamb波信号的模态分析与缺陷检测研究

激光激励的Lamb波信号具有较宽的频带,且包含多个模态信息。本文采用二维傅里叶变换和时频分析等信号分析技术用于检测信号中的模态成分及缺陷信息识别。首先,对200组激光Lamb波信号进行二维傅里叶变换,得到信号的频率-波数图,可识别出激光Lamb波信号中的低阶A0、S0和高阶模态,并且A0模态能量高,可用于缺陷检测。随后对有、无缺陷状态下Lamb波信号进行连续小波变换,从时频图中识别出缺陷信号的频率成分,进一步提取特定频率下的小波系数幅值信号,实现了缺陷信息的识别。结果表明,二维傅里叶变换能较好地识别激光Lamb波的模态成分,而提取出的连续小波变换系数图,能准确实现缺陷定位。     

类正方阿基米德格子声子晶体带隙稳定性实验研究

基于平面波展开法和超声浸水透射技术,理论和实验研究了二维(32.4.3.4)格子钢/水声子晶体带隙性质.与正方晶格钢/水声子晶体相比,类正方(32.4.3.4)格子能够打开高频带隙,并进一步讨论了第一布里渊区Γ-X、Γ-M方向层厚和方向带隙稳定性关系,这为设计有限尺寸隔声材料提供依据.结果表明:带隙的频率范围和理论计算很好吻合.     

新型分布式光纤管道泄漏检测技术及定位方法研究

介绍了一种基于萨尼亚克(Sagnac)干涉仪的直线型分布式光纤管道泄漏监测系统,实时进行管道泄漏监测和定位。此系统有两条传感光纤,可有效提高管道监测距离。推导了泄漏信号引起的光信号相位变化表达式;分析了该干涉仪应用于泄漏检测的原理及其泄漏源定位方法,并在分别距两传感光纤末端的法拉第旋转镜为3.990km和4.024 km处进行了泄漏检测实验。管道泄漏实验结果表明,该系统较准确地确定了泄漏源位置且定位误差小于1.05%.     

采用超声导波阵列技术研究板类结构大面积检测

超声导波阵列检测技术可以实现板类结构的快速、大面积检测,是工业领域中最有前景的技术之一。针对目前此技术中存在的单一模态传感器难制作、检测频率高(一般在200 kHz以上)、需非常密集的传感器阵列和成像分辨率低等问题,本文采用一种圆环形线圈EMAT (Electromagnetic Acoustic Transducer),在较低频率15 kHz激励产生单一A0模态Lamb波,由8个传感器组成环形阵列,利用TFM (Total Focus Method)进行成像,实现了超声Lamb波对板类结构的快速、大面积检测。对一块包含直径为27 mm通孔的3 mm厚铝板进行实验研究,结果表明,此系统具有较高的测量稳定性和成像分辨率,能快速定位缺陷,适用于对板类结构进行大面积粗检。在对检测系统盲区形成原因分析的基础上,建立了一种计算盲区范围的方法。      

基于反转路径差信号的兰姆波成像方法

针对传统基线相减成像方法受环境温度影响的问题,考虑到反转路径下超声波在缺陷处散射场的差异性,提出了一种基于反转路径差信号的兰姆波稀疏阵列成像方法.通过数值仿真,对反转路径差信号的来源进行了分析,并研究了缺陷与两个传感器的夹角及路径差对反转路径差信号幅值的影响规律.在此基础上,通过数值仿真及检测实验,研究了基于反转路径差信号的兰姆波成像方法对板中缺陷检测的有效性.结果表明,基于反转路径差信号的兰姆波成像方法可以很好地消除直达波对缺陷成像的影响,实现板中不同位置的圆孔和矩形缺陷成像,且成像分辨率较高,定位较准确.本文为板结构大范围健康监测提供了一种可行的新方案.     

复合材料板声发射源定位的时间差映射方法

针对复合材料板内可能出现的纤维断裂、基体开裂等缺陷以及声波在不同传播方向的传播速度不一致且波速差异较大等问题,提出一种改进的时间差映射方法实现对复合材料板的声发射源定位。该方法采用的是预构建数据库方法,不需考虑波在板中的传播速度不一致以及波的传播模态等问题,而且实验对传感器在板中的布置没有严格要求。首先,为了快速准确地选择和删除采集的大量声发射数据中存在的伪声发射事件,采用聚类算法自动识别和选择每个网格节点上高度相关性的声发射事件并构建时间差训练数据库;其次,为了提高网格分辨率,采用插值补偿算法增加网格密度;最后,针对测试区域验证实际声源的位置,使用加权差分算法实现声源的定位。理论分析和实验结果表明:声源位置的定位平均实际误差从26.5 mm(采用传统的时间差映射方法)降至18.0 mm(采用改进后的时间差映射方法),对应的平均相对误差从5.3%降至3.6%;并且整体运行时间从5 h减少到16.87 s。研究表明改进后的时间差映射方法可有效快速地提高声源的定位结果及精度。      

正交各向异性板液/固界面的声反射与声透射

采用Legendre正交多项式法,对液/固界面声波反射和透射系数进行求解。利用Legendre正交多项式对正交各向异性板中的位移解进行展开,推导出板中的应力和波动控制方程。联立液/固界面的边界条件和波动控制方程,建立线性无关方程组,用以计算液/固界面的反射和透射系数及Legendre多项式的展开系数,计算所得铝板液/固界面的反射和透射系数与传递矩阵法的计算结果吻合良好。以单向纤维增强复合材料板为例,在不同的方位角下,分析了反射和透射系数随斜入射角度、入射波频率的变化关系,以及板中声场的位移分布。所取Legendre正交多项式截止阶数越大,可用来计算的频厚积范围越大。研究拓展了Legendre正交多项式法的适用范围,为材料力学性能的声学测量提供了理论基础。      

不锈钢波纹管检测换能器的设计与应用研究

研制了一种用于不锈钢波纹管检测的磁致伸缩换能器。首先选用多物理场耦合分析软件对圆管的磁场分布规律进行有限元仿真,证实增加铁磁性条带后,磁场强度显著提高。而后通过均匀包裹一层镍合金薄带的方式,改进了磁致伸缩换能器的结构,并成功识别出环向裂纹缺陷。同时分析了试验过程中不确定度的来源,推导出了仅含有直接测量值的标准不确定度合成公式。研究结果为采用磁致伸缩换能器进行不锈钢波纹管缺陷无损评价提供了理论依据。