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。     

固体板中超声驻波场的高阶光弹条纹

利用动态光弹法观测了超声波在固体板内多次反射形成的驻波。通过相干叠加增大声波应力,使得动态光弹实验中偏振光的相位变化大于一个周期,从而观测到固体内超声波由行波转化为驻波的过程,并对高阶干涉条纹反映的驻波场特性进行了讨论。通过对声波应力进行定量测量,评估了固体板中超声驻波的激发效率。本文的工作为利用动态光弹法研究透明固体中的高强度声波提供了一种可行的方法。     

残余应力对光弹实验中超声图像的干扰分析

动态光弹成像技术是观测固体内部超声应力场的重要手段,然而样品在制作过程中会产生残余应力,给观测带来一定干扰,特别是缺陷附近的应力集中效应,使得缺陷散射声场的研究更为困难。本文利用线性应力理论分析了超声应力与残余应力的相互关系,并推导出该叠加应力场在光弹系统中的光强表达式,通过实验验证,证明了该理论的可行性。本文结果可为应力集中区域的散射声场分析提供借鉴。     

用脉冲光声法测量固体介质中声速

提出了一种利用脉冲光声技术测量固体介质中声速的方法,建立了由YAG激光器和超声探测器组成的实验系统,脉冲激光在固体表面产生脉冲超声波,通过测量脉冲声波在固体内多次反射后的出射信号及固体的厚度,即可算出固体介质中的声速.对黄铜及铝的测量结果表明,这是一种准确性较高的固体介质中声速测量方法.该测量方法可作为综合设计性物理实...     

超声聚焦探头在固体中辐射声场的动态光弹测量方法

超声聚焦探头在声场聚焦区域具有很高的检测灵敏度和分辨力,是工业超声检测中常用的探头。聚焦探头在固体中的聚焦特性直接影响检测效果,其传统测量方法通过水中聚焦参数间接换算而来,结果存在一定的误差。动态光弹法可以直接观测透明固体中的探头辐射声场,具有直观、无反射体或水听器的浸入影响、全场观测等特征。进一步采用圆偏振光并结合Senarmont补偿法,可精确测量透明固体中探头辐射声场的绝对应力分布,给出聚焦探头在固体中的聚焦参数,包括焦距、焦柱长度和焦斑宽度。实验测量结果与有限元仿真计算及小球反射法测量结果吻合较好,表明了动态光弹法定量测量聚焦探头辐射声场的可行性。     

光弹法测量超声换能器声场

超声换能器声场的测试对于超声检测具有基础性作用,而传统的超声换能器声场测试方法具有一些局限性。本文介绍了搭建的动态激光光弹实验平台,并利用动态光弹法测量了纵波换能器和横波换能器辐射声场的特征,由瞬态声场图像获得了传声介质的声波速度及超声换能器的中心频率;由稳态声场图像获得了声场的近场长度、指向性和扩散角等参数;分析了光弹实验系统和测量方法可能引起测量误差。本文结果表明动态光弹法是一种有效的定量测量超声换能器声场的方法。     

基于激光多普勒测振仪的透明固体二维动态应力场测量

基于激光多普勒测振仪的透明固体二维动态应力场测量     

双弹光级联的差频调制型应力双折射测量

针对光学材料、光学元件的快速、高精度应力测试评估需求,提出了一种基于双弹光级联差频调制的应力双折射测量方案。应力双折射延迟量和快轴方位角信息被加载到差频弹光调制信号中,运用数字锁相技术同时提取弹光调制的差频信号和基频信号,进一步求解出应力双折射延迟量和快轴方位角。对该新方案的原理进行了分析,并搭建了实验系统,对系统初始偏移值进行了实验定标。采用Soleil-Babinet补偿器完成了测量精度和重复性测试,并完成了施加应力样品的应力双折射测试。实验结果表明,该系统的延迟量测量精度为2.3%,延迟量测量重复性为0.032 nm,双折射测量重复性为0.17 nm/cm。此外,单数据点测量时间不超过200 ms。     

基于Wigner-Ville分布用超声回波测量随机介质的特征

生物组织微结构具有随机介质的特性,文中构建了生物组织超声散射的一维随机介质模型,提出用Ｗｉｇｎｅｒ－Ｖｉｌｌｅ分布函数方法估计该随机仙擀的空间分布特征,仿真和实验结果表明这一方法具有良好的空间分辨率,能较好地检测出随机介质微小散射元的个数和空间分布同时能精确地保估出散射元平均间距,研究结果表明该方法还具有良好的抗噪声性等优良特性。     

多层介质中超声相控阵声场仿真*

由于良好的声束偏转与聚焦特性,超声相控阵已经广泛应用于多层固体介质的缺陷检测。当超声束经过多层介质时,由于反射、透射以及模式转换的存在,多种声束存在于这种结构中,使得声场分析变得复杂。为了提高多层介质检测的准确性,有必要对超声声场的分布规律进行深入地了解。该文结合高斯声束等效点源模型以及射线追踪法,给出了相控阵声源在多层固体介质中激发声场的仿真方法,并且模拟计算了一维线型相控阵在楔块-铝-黄铜-钢四层固体介质中的辐射声场。通过对不同延时法则的计算,实现了声波在这种复杂介质中的偏转与聚焦,进而研究了不同焦点处聚焦声场的分布。结果表明:相控阵方法能使聚焦点处的声场幅值增大,能量集中,提高了检测分辨率;不同聚焦点处声场聚焦效果不同,实际检测时应根据检测区域结构及位置特点,合理放置相控阵换能器。与瑞利积分法的比较表明,该文的仿真方法适用于多层介质相控阵声场的计算。     

基于光弹性贴片法的材料表面应变场测量研究

针对常用电阻应变片法的点测结果不易反映构件表面应变场分布的问题,将光弹性贴片方法应用于材料表面应变场测量。制作了光弹性贴片,并标定光弹性贴片的材料条纹值,通过几种典型形状光弹性贴片试件的加载实验掌握应力场分布的条纹图像判读方法。开展光弹性贴片在简支钢梁的应变场测量应用,在薄弱点位置光弹性贴片法相比电阻应变片法应变值偏差在5%以内。对C30混凝土试块进行4.4 MPa～39.6 MPa的应力加载过程中,有效监测到混凝土表面裂缝产生、稳定扩展及失稳破坏过程中的条纹图像变化过程。实验表明,光弹性贴片方法可以直观可靠地测量金属及混凝土的表面应力场变化。     

非侵入式超声波浆料浓度测量技术研究*

设计了一种基于非侵入式超声波透射衰减法的浆料浓度测量系统,根据超声传播衰减原理,建立超声衰减值与浆料浓度之间的关系。实验中采用生物显微镜和激光粒度仪对颗粒标称粒径进行验证,采用中心频率为200 kHz的超声波换能器,利用一发一收模式对超声波在有机玻璃管内的浆料进行非侵入式测量并分析透射波信号,对体积百分浓度小于25%、不同粒径的石英砂浆料进行测量,通过拟合方法获得浆料温度、体积百分浓度与声衰减对应的关系,并据此构造浓度求解方程,通过现场实时在线测量并与取样结果进行对比验证方程的准确性,结果显示,本方法可有效测量浆料浓度。     

螺栓拉应力超声无损检测方法

本文依据声弹性原理中超声波传播速度与应力之间的对应关系,利用横波与纵波联合测量的办法,给出栓体长度未知的紧固螺栓轴向应力测量办法。针对螺栓在低载荷与高载荷不同情况下的栓体轴向应力测量系数不同的状况,分类进行了讨论,并给出对应载荷条件下应力测量系数的计算办法。文章讨论了A2-70奥氏体不锈钢与强度等级4.8低碳钢两种不从材质螺栓的轴向应力测量结果,实际测量与理论测量平均误差小于2.9367%,提高了横纵波轴向应力测量的精度。     

超声测距变结构控制系统的研究

本文在超声测距系统中采用了变结构控制理论，根据所测物体的反射界面和介质性质，自动调节超声波发射换能器的功率，建立了超声测距系统的数学模型，对系统方程进行了理论分析，研究了变结构控制系统的设计方法，并结合应用实例，对钻井法凿井用超声波测井仪中超声测距系统进行了计算机仿真，并在实验室进行了实验。     

微机化超声螺栓轴向应力仪的原理与误差分析

本文提出用沿轴向纵波声时差以测螺栓的轴向应力，推导了声时差与应力的关系．利用声时差测螺栓轴向应力，能克服耦会误差”“，同时还能克服温度引起的伸缩及波速变化的声时误差·本文还导出并且从实验上测出了，只与螺栓材料有关，而与螺栓的夹紧长度，直径，总长无关的常数，简化了测量过程．经实验测定，在夹紧长度大于30mm，应力低于240MPa时，应力最大误差小于±4MPa．本文还分析了声时，夹紧长度测量误差所导致的应力误差．     

基于超声波飞行时间的温度测量系统实验研究

超声波测量技术具有速度快、成本低、测量范围广等优点,广泛应用于多种工业领域。为满足工业中对温度测量的需求,本文提出了超声波温度测量系统。本系统基于超声波的传播速度与环境温度的关系,以STC12单片机作为系统硬件电路控制核心,采用幅度和相位调制的矩形波作为发射波,实现在恒温箱空气介质中固定距离下的超声波飞行时间的测量,以此确定介质的平均温度。测量数据由单片机传输到上位机进行处理和显示,并与恒温箱热电偶测得的温度对照,验证实验结果。实验结果证明本系统可以准确测量温度,温度范围约在35℃—90℃。