金属基复合结构粘接强度的非线性超声混频检测

采用非线性超声混频方法对金属基复合结构的粘接强度进行表征研究。以不同固化剂含量的铝合金丙烯酸酯粘接结构作为检测对象,基于非线性超声混频的共振条件及其作用机制,并结合粘接固化机理,开展了非线性超声混频实验。非线性超声混频模式选取两列横波生成和频纵波的方式,实验测量并计算不同基频周期数下的超声非线性参量。通过拉伸实验标定粘接结构的粘接强度,并采用扫描电镜分析拉伸断面微观结构,进而分析超声非线性参量与粘接强度的关系。从实验结果可以看出在不同周期的基频信号激励下,超声非线性参量随着粘接强度的增大均呈现出减小的趋势。研究表明非线性超声混频信号对金属基复合结构粘接强度的变化比较敏感,可以适用于类似结构件粘接强度状态弱化的表征。     

超声Lamb波二次谐波发生效率分析与模式选择

在导波模式展开分析方法的基础上,提出激发效率参量来定量表征超声Lamb波积累二次谐波的发生效率。以P92钢板为例,理论计算得到了与频散曲线对应的理论激发效率参量分布图谱,从图谱中选择理论激发效率参量大小不同的两种基频Lamb波模式:纵波型S1模式和交点型A2/S2模式,分别测量这两种基频Lamb波模式在钢板中传播时产生的二次谐波信号。理论计算和实验测量结果表明,这两种基频Lamb波模式的理论和实验激发效率参量的比值基本一致,且激发效率参量较大的纵波型S1模式能激发出效率更高的二次谐波信号。研究结果表明激发效率参量可以有效的用于Lamb波二次谐波发生效率的表征及模式选择。      

基于空耦超声Lamb波的金属板状结构内部缺陷检测方法

针对接触式超声检测方法在金属板结构内部缺陷实际工程检测中存在的环境要求高、效率低、操作难度高等问题,提出了空耦超声Lamb波检测方法,该方法能更好地适应现场应用环境,提高检测效率,减少传感器数量。通过有限元仿真和实验分析比较了空耦超声检测与接触式超声检测两种方法接收到的信号和成像效果。结果表明:有限元仿真和实验中,空耦超声检测方法对缺陷位置的定位误差分别为2 mm和3.6 mm,接触式检测方法对缺陷位置的定位误差分别为2 mm和11.3 mm,空耦检测具有较高的定位精度;单侧激励条件下,适合采用A0模态Lamb波对板内缺陷进行检测;空耦超声检测可以通过调整信号接收角度接收单一模态Lamb波,避免伪像产生。该方法为后续金属板状结构内部缺陷的空耦超声检测提供参考。     

磁光非线性光纤中光参量增益的研究

将光纤中磁光效应和非线性效应作为微扰,推导了磁光四波混频的耦合模方程.通过解析解研究了各向同性磁光非线性光纤的参量过程,并指出利用磁光耦合系数的色散特性可以实现四波混频的相位匹配.同时,采用龙格-库塔法分析了在线双折射磁光非线性光纤中,忽略费尔德常量的波长依赖性时,左旋圆偏振光参量增益的磁控特性,指出了实验中采用较高费尔德常量的非线性光纤的必要性.研究表明:1)对于低线双折射磁光非线性光纤,优化双折射大小可以获得最大的参量增益;2)根据参量增益对磁光耦合系数的单调依赖特性,适当选择光纤长度、泵浦功率以及输入导波光的偏振态,可使参量增益的磁可调范围大大提高.     

光交换节点中的全光再生技术研究

比较了光交换节点中几种全光再生技术方案的优缺点,重点描述光纤参量振荡器的时钟提取实验和基于磁光四波混频的光门整形技术。实验揭示了光纤参量振荡器闲频光反馈控制方法的工作原理,并提取出稳定的高质量时钟信号。仿真比较了4种四波混频光门再生方案的功率转移特性,开展了磁光四波混频再生实验。研究表明:通过对高非线性光纤加载180 Gs直流磁场,可使光接收机灵敏度进一步提升2 dB。最后指出了全光再生技术的多信道、集成化发展趋势。     

基于四波混频的光纤非线性系数测量方法

为解决四波混频法测量光纤非线性系数未考虑泵浦消耗而导致结果不准确的问题,提出了一种在简并四波混频情况下测量非线性系数的方法.根据光纤中简并的四波混频理论,推导出了考虑泵浦消耗和光纤损耗的椭圆方程.通过设定数值计算所需的各个参量并利用简单的数学方法分析了计入泵浦消耗、光纤损耗的必要性,得到被测光纤的非线性系数,与Optisystem的仿真结果一致.研究表明,这种改进的测量方法不但适用于小信号情形下的四波混频过程,还可以应用于出现参量饱和现象的场合,为进一步设计光纤2R再生器件提供了重要依据.     

基于四波混频的光纤非线性系数测量方法

为解决四波混频法测量光纤非线性系数未考虑泵浦消耗而导致结果不准确的问题,提出了一种在简并四波混频情况下测量非线性系数的方法.根据光纤中简并的四波混频理论,推导出了考虑泵浦消耗和光纤损耗的椭圆方程.通过设定数值计算所需的各个参量并利用简单的数学方法分析了计入泵浦消耗、光纤损耗的必要性,得到被测光纤的非线性系数,与Optisystem的仿真结果一致.研究表明,这种改进的测量方法不但适用于小信号情形下的四波混频过程,还可以应用于出现参量饱和现象的场合,为进一步设计光纤2R再生器件提供了重要依据.     

高非线性光纤中四波混频的磁控机理研究

将磁光效应和光纤非线性效应作为微扰,采用导波光耦合理论分析了高非线性光纤中导波光发生磁光四波混频的机理;实验测试了磁场对四波混频偏振依赖性的影响,理论分析与实验结果符合.研究表明,当输入的探测光和抽运光为相互正交的线偏振光时,四波混频的磁控效果最为明显,输出的闲频光功率随磁光耦合系数振荡变化,施加适当的外加磁场可使四波混频效率得到进一步提高.选择适当费尔德常数的光纤材料,利用磁光效应对四波混频偏振依赖性的影响,可实现不同范围的磁场测量.     

多通道超声兰姆波检测板状结构中的裂纹

超声兰姆(Lamb)波在结构缺陷检测方面愈来愈受到重视,但目前Lamb波的应用局限于单信号源激励,单通道接收的方法,容易受到噪声干扰,其后续的信号分析处理也比较复杂。本文旨在采用多通道Lamb波对板状结构中的裂纹进行定量分析与诊断。在铝板的表面凿刻出不同深度的凹槽作为裂纹,通过线阵换能器采集在一定传播距离内的多通道Lamb波信号,并采用二维傅里叶变换分析在不同深度的裂纹下,Lamb波模式能量的变化规律。结果表明,相对于完好铝板中的Lamb波信号,裂纹的存在会使Lamb波发生模式转换现象,并且转换模式能量百分比随裂纹深度的增加而线性增加。其结果为Lamb波评价板状结构中的裂纹状况提供了一种可能的方法。     

微结构光纤次芯中的四波混频过程

利用Ti:sapphire飞秒激光脉冲在微结构光纤包层的次芯中通过参量四波混频效应获得480—550nm的反斯托克斯波,转换效率可高达28%. 通过改变输入光的偏振方向可以调节反斯托克斯波的中心波长. 理论模拟了飞秒激光在次芯中的模式特性和色散特性,较好地解释了实验结果. 关键词： 微结构光纤 飞秒激光脉冲 参量四波混频过程     

无磁光学非互易实验教学与设计

作为一种有趣的非线性光学效应,四波混频在众多领域有重要的应用。本文利用四波混频效应实现无磁的光学非互易,分别研究了信号光失谐量、泵浦光光功率和气体池温度等参量对信号光正向和反向传播时透过率的影响。实验结果表明改变这些参量可有效地调控正向透过率,而极低的反向透过率几乎不受影响。该文对于大学物理实验教学具有一定的参考价值。     

压电晶片传感器监测金属薄板的腐蚀

激励压电晶片传感器产生Lamb波并用于监测金属板材的腐蚀,由信号的相关系数表征腐蚀对在板中Lamb波传播特性的影响。实验结果表明在Lamb波模态中A₀模式受腐蚀影响大,适合用于监测金属的腐蚀。Lamb波通过腐蚀区域后由于频散以及信号幅度和相位的变化对采集的损伤信号与健康状态信号的相关系数有影响。在腐蚀区域直径一定的情况下,对应的相关系数并不随腐蚀深度的增加而单调递减;在腐蚀深度一定时,相关系数随腐蚀区域直径增加而单调递减。     

结构微裂纹混频非线性超声检测方法研究

给出了一种基于混频效应的非线性超声微裂纹检测方法。首先,对结构损伤混频检测机理及信号特征提取方法进行了理论分析,之后,根据试件中差频分量及和频分量幅值分布随激励信号频率变化关系,优化确定出混频检测参数。最后,进行了异侧混频激励下无损检测试验研究,并分析了激励信号频率变化对混频检测效果的影响。结果表明,异侧激励混频检测模式不仅可以实现结构中疲劳微裂纹检测,而且可以实现缺陷的定位。且检测信号频率选择对混频检测信噪比有一定的影响。当检测信号中的混频分量幅值最大时,混频检测效果最佳。因此,在优化检测参数基础上,异侧混频激励检测模式可以很好实现结构微裂纹的检测与定位。      

利用交叉相位调制和四波混频制作的时间透镜的仿真分析

利用高非线性光纤中的交叉相位调制和四波混频分别在仿真中实现了时间透镜. 对基于交叉相位调制的时间透镜中的高非线性光纤中的非线性过程进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、自相位调制与四波混频; 通过采用带有一定色散斜率的高非线性光纤可同时消除色散、自相位调制和四波混频的影响; 另外, 该高非线性光纤的色散零点最好选在信号脉冲和抽运脉冲波长的中心附近. 然后对基于四波混频的时间透镜的实现进行了仿真分析. 仿真结果表明, 该时间透镜的主要影响因素为色散、 自相位调制和其他的四波混频; 通过设定合适大小的信号脉冲和抽运脉冲的功率可消除自相位调制和其他的四波混频的影响; 另外, 通过在高非线性光纤中引入一定的色散可进一步提高信号脉冲和抽运脉冲的功率, 从而获得更高功率的输出脉冲. 最后对两种时间透镜系统做出了比较. 关键词： 光脉冲压缩 时间透镜 交叉相位调制 四波混频     

在远离光子晶体光纤零色散波长的正常色散区入射飞秒脉冲产生四波混频及孤子效应的实验研究

在远离光子晶体光纤零色散波长的正常色散区入射飞秒脉冲,实验产生了一对由四波混频引起的信号波带和闲频波带,及一对由脉冲内拉曼散射和非孤子辐射引起的孤子和色散波带,并观察到功率饱和现象.利用有限元法理论模拟了光纤的色散和非线性特性,用四波混频的相位匹配条件模拟了光纤在满足相位匹配条件下所产生的信号波带和闲频波带出现的可能位置,并与实验结果符合得很好.结果表明:即使在光子晶体光纤的正常色散区抽运激光脉冲亦可以产生四波混频和孤子效应;研究发现四波混频的产生是由四阶色散参量引起的;并进一步从理论上解释了孤子及色散波的产生原因.     

后向波参量振荡中的受激散射竞争效应

本文对在强泵浦条件下的简并四波混频及其后向波参量振荡特性作了理论分析。考虑受激喇曼散射的竞争效应,求得了简并四波混频后向波参量振荡信号强度与泵浦输入强度的关系。对硝基苯介质的理论结果与实验结果基本符合。理论分析还指出,由于存在与泵浦强度有关的衰减系数,使参量振荡信号强度与泵浦强度呈多值关系。 关键词：     

基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法*

超声相控阵是超声检测领域常用的材料缺陷定位和成像技术,可便捷快速地对裂纹、孔洞等缺陷进行成像。但是,传统超声相控阵方法对较小缺陷如闭合裂纹不太敏感。非线性超声信号因对材料性能退化以及微小缺陷敏感而广受关注。本文针对疲劳闭合裂纹检测,提出一种基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法,通过测量物理聚焦和虚拟聚焦两种聚焦模式下超声扩散场中的声能差,并将其作为非线性参量,实现疲劳裂纹闭合部分的定位成像和定量表征。将该法应用于7075铝合金试样疲劳裂纹的实验测量,并研究了扩散场信号延迟时间对非线性超声相控阵成像结果的影响。结果表明：相较于传统超声相控阵全聚焦法,基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法能够更准确地定位和成像疲劳裂纹闭合部分;延迟时间的选择对疲劳裂纹长度的表征精度影响较大,本文研究了该延迟时间的选择方法并实现了检测结果的优化。     

基于ZnO/SiC结构的Lamb波传感器研究

由于超声波传感器的工作需要极高的灵敏度和稳定度,其性能优化一直是研究的重点之一。本文采用传递矩阵法计算了基于ZnO/SiC结构的Lamb波传感器的各项性能,包括机电耦合系数,插入损耗,灵敏度以及较小的最小检测域。根据模拟结果,对Lamb波传感器的以上五个性能参数进行了优化,得到了优化工作条件。 研究发现,Lamb波多模特性为这种传感器的性能优化提供了丰富的选择性,选择不同的模式,可以对各项性能参数进行不同目的的优化。研究结果对研制高性能的Lamb波超声传感器具有理论指导作用。     

四波混频在长距离相干光纤传输中的影响

本文研究光纤非线性现象之一的四波混频对长距离相干多路光纤传输系统的影响.通过对一条长度为550km,采用9个掺铒光纤放大器的频分复用系统的实验,清楚地观察到了四波混频这一光纤非线性.实验的结果符合对四波混频的理论分析与计算.结果表明:对信息容量在每秒10~9bit数量级,采用常规的不归零码作信号方式的多路传输,光纤中的四波混频现象将严重地影响其传输性能.     

闭合裂纹非共线混频超声检测试验研究

针对结构中微裂纹检测难题,发展了一种闭合裂纹非共线混频超声检测方法。在对非共线混频超声检测机理分析基础上,进行了结构中疲劳裂纹混频非线性超声检测实验。对有无裂纹试件中检测信号进行了滤波和时频分析,结果表明,可根据信号滤波后时域波形中是否存在明显的混频波包或时频分析中是否存在明显的和频分量,实现有无闭合裂纹的判识;通过移动激励探头的位置,控制两列入射声波在试件中的交汇位置,实现试件中不同深度位置的混频非线性检测。并根据测得的混频非线性系数沿试件深度方向上分布,实现了闭合裂纹沿深度方向上长度的测量。研究工作为结构中微裂纹定量评价做了有益探索。