用纵横波声时比法测螺栓轴力精度研究

用纵横波测量螺栓轴力的技术已取得较大发展,本文介绍了纵横波比值法原理,通过理论推导,获得比值法计算的简易公式。建立试验平台,用现场用螺栓进行标定和测量,得出比值法在工程实践状态下的测量误差为10%以内,基本能满足工程应用的要求。此外,针对试验结果,本文还初步探讨了误差出现的原因以及提高精度的方法。本文介绍的比值法,无需精确测量标定螺栓长度和纵横波声速,现场应用更加简洁,具有较大的工程应用价值。     

基于虚拟仪器技术开发的超声弹性模量测量系统

本文利用脉冲回波法，通过声速测量材料弹性模量，基于虚拟仪器技术发挥软件算法的优势提高测量精度。通过研制超声脉冲收发卡，编制弹性模量测量系统软件，开发了超声弹性模量测量系统。     

螺栓啮合螺纹段的轴力、等效应力分布及摩擦的影响分析

有限元方法已成为分析螺纹螺栓结构的有力手段，但已有的工作基本都将螺纹结构简化为二维的，基于三维模型的研究还很少。但螺纹的三维螺旋型结构特征，则势必要求进行三维分析。     

基于过抽样Gabor变换的核磁共振FID信号增强算法

基于作者先前提出的过抽样实值离散Gabor变换,本文提出了一有效的算法用于核磁共振自由感应衰减（NMR FID）信号的减噪. 由于NMR FID信号在时域中是一短暂的振荡衰减信号,使得变换后的NMR FID信号能量在时频域中集中在少数变换系数上,而噪声则遍布在整个变换系数上,因此通过对变换系数幅度进行阈值限制方法可达到明显地增强NMR FID信号的目的. 文中在理论和模拟实验上分析表明,过抽样Gabor变换比临界抽样Gabor变换更适宜于NMR FID信号的减噪,因为在过抽样条件下比在临界抽样条件下的综合窗及其对应的分析窗,无论是在时域中还是在频域中都可具有更好的局域分布集中性,同时,Gabor变换在过抽样条件下也比在临界抽样条件下具有更高的时频精度.     

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．     

基于换能器驱动信号特征的高强度聚焦超声焦域损伤实时监测

高强度聚焦超声(high intensity focused ultrasound,HIFU)焦域的实时监测是聚焦超声临床治疗面临的关键问题,目前临床常采用B超图像强回声的变化实现焦域组织损伤的监测,而B超图像出现的强回声大多与焦域处的空化及沸腾气泡相关,无法准确、实时地监测治疗状态.HIFU治疗中焦域组织会伴随温度升高、空化、沸腾和组织特性等变化,换能器表面的声学负载也在不断变化,针对该问题,本文构建了换能器电压电流实时检测平台,通过测量换能器电学参数来感知焦域组织的状态变化.以离体牛肝组织作为HIFU辐照对象,并将相位差变化的结果与离体牛肝组织损伤的结果进行了对照,实验结果表明,在HIFU辐照过程中,换能器电压与电流的相位会出现由相对平稳到大幅波动的过程,此时停止辐照可见焦域出现明显损伤,而此时B超图像灰度无明显变化;此外,当焦域出现空化时,其波动幅度与范围将较之更大.此方法可为HIFU焦域组织损伤监测提供一种新的研究方案和手段.     

具有环形限位夹持力的单轴式超声悬浮系统

基于超声悬浮原理,通过改变单轴式超声悬浮系统的反射和发射端的几何形状,利用凸状发射、反射面在悬浮区域周围产生环形声辐射力势阱作为限位夹持力,提高悬浮样品在驻波声场中的悬浮稳定性。基于时域有限差分法,研究不同谐振腔内的声辐射力分布,以及影响声辐射力大小的因素,优化环形限位夹持力和悬浮力。理论及实验研究结果表明,具有环形限位夹持力的超声悬浮系统可以提高普通单轴式超声悬浮装置对悬浮样品的稳定性。     

基于电磁超声换能器的火车轮探伤研究

利用电磁超声探伤方法对检测火车轮表面及近表面缺陷进行实验探究,从而保证车轮质量,避免事故发生。文章介绍了火车车轮电磁超声探伤的原理和方法。根据电磁超声表面波辐射扩散角的分布情况,得出利用电磁超声表面波进行车轮踏面探伤的可行性。将制作的小巧换能器探头与便携式电磁超声探伤仪配合,能够实现对车轮的快速探伤检测。通过大量的车轮探伤实验,检出了典型车轮踏面缺陷。根据检测波形特点并结合生产工艺情况,分析得出产生缺陷的原因。研究表明:电磁超声无损检测方法能够快速、有效检出车轮踏面缺陷。     

基于电磁超声的天然气管道机器人测控系统设计

分析了国内天然气管道现状及检测维护情况,针对目前天然气管道裂纹缺陷检测问题,采用电磁超声检测方法,并结合虚拟仪器技术,设计了天然气管道机器人测控系统。系统以PXI模块化仪器平台为核心,结合数据采集模块和运动控制模块构建了硬件平台,以LabVIEW编程语言为基础开发了人机交互软件平台。该系统能够控制机器人在管道内的运动,并可在管道内壁激励和接收超声导波。整个系统可靠性高、扩展性强、人机交互界面友好,满足了机器人管内电磁超声检测作业时的运动控制、数据采集及处理要求。     

脉冲法进行超声测量的一种便利装置及其测量方法

本文介绍一种用脉冲法测量超声波传播时间的装置.该装置使用灵活方便,可用反射、透射、液浸等方法测量.其中用两次回波测量,可自然补偿掉延时,无须修正.它不用手动调节临界点,故最适于需实时快速测量的场合.如有需要,它可与计算机联接进行实时数据处理并打印出测量结果.本装置由普通设备组成,价格不昂贵,而测量精度能满足通常要求.与适当结构的换能器配合,可测量固体、液体或生物软组织的声速、厚度及其变化.也能用于测量声衰减或探伤.本文用实例说明了测量方法.     

Bolt axial stress measurement based on a mode-converted ultrasound method using an electromagnetic acoustic transducer

A method is proposed to measure the stress on a tightened bolt using an electromagnetic acoustic transducer (EMAT). A shear wave is generated by the EMAT, and a longitudinal wave is obtained from the reflection of the shear wave due to the mode conversion. The ray paths of the longitudinal and the shear wave are analyzed, and the relationship between the bolt axial stress and the ratio of time of flight between two mode waves is then formulated. Based on the above outcomes, an EMAT is developed to measure the bolt axial stress without loosening the bolt, which is required in the conventional EMAT test method. The experimental results from the measurement of the bolt tension show that the shear and the mode-converted longitudinal waves can be received successfully, and the ratio of the times of flight of the shear and the mode-converted longitudinal waves is linearly proportional to the bolt axial tension. The non-contact characteristic of EMAT eliminates the effect of the couplant and also makes the measurement more convenient than the measurement performed using the piezoelectric transducer. This method provides a promising way to measure the stress on tightened bolts.     

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℃。     

基于超声波飞行时间的空气温度场重建

利用超声波在空气中的传播速度会随着空气温度的变化而变化这一特点,可测得空气中不同温度下的平均速度场,进而重建空气中的温度场。提出了一种非对称布置超声波传感器重建二维温度场的方法,在被测温度场周围布置8个收发一体的超声波传感器,并将被测温度场划分为24个小区间,以得到超声波通过每个小区间的平均温度值,以该温度值作为小区间中心点的温度并进行插值,从而重建整个被测区域的温度场。     

螺栓材料应力与声速、温度关系的测定

基于应力－超声波速度关系方法已用于螺栓轴向应力的测量。而声速与被测材料的许多物理因素有关，如弹性模量，密度与温度。本文介绍了用于分析超声波速度－应力－温度三者关系的实验与计算方法，并给出了三种金属材料的结果。检测的质量。     

基于FOA-LM算法的超声回波信号参数估计

在超声回波参数估计中,搜索莱文伯格一马夸特(Levenberg-Marquard,LM)算法的最优解会受到迭代初值与参数向量真实解接近程度的影响。针对LM算法对迭代初值敏感的问题,提出了果蝇优化算法(Fruit fly optimization algorithm,FOA)算法和LM算法结合的参数估计方法。该方法充分利用FOA算法善于进行全局搜索和LM算法善于进行局部快速搜索的优点,首先使用FOA算法求出超声回波信号的参数初值,然后利用这组初值进行LM法迭代搜索。仿真结果表明,基于FOA和LM算法相结合的方法,具有收敛速度快,精度高的特点。     

Effect of sparse basis selection on ultrasonic signal representation

Recently, adaptive sparse representations of ultrasonic signals have been utilized to improve the performance of scanning acoustic microscopy (SAM), a common nondestructive tool for failure analysis of microelectronic packages. The adaptive sparse representation of an ultrasonic signal is generated by decomposing it in a learned overcomplete dictionary using a sparse basis selection algorithm. Detection and location of ultrasonic echoes are then performed on the basis of the resulting redundant representation. This paper investigates the effect of sparse basis selection algorithms on ultrasonic signal representation. The overcomplete independent component analysis, focal underdetermined system solver (FOCUSS), and sparse Bayesian learning algorithms are examined. Numerical simulations are performed to quantitatively analyze the efficiency of ultrasonic signal representations. Experiments with ultrasonic A-scans acquired from flip-chip packages are also carried out in the study. The efficiency of ultrasonic signal representations are evaluated in terms of the different criteria that can be used to measure its performance for different SAM applications, such as waveform estimation, echo detection, echo location and C-scan imaging. The results show that the FOCUSS algorithm performs best overall.     

基于Duffing振子的变尺度微弱特征信号检测方法研究

研究了Holmes型Duffing方程的混沌特性用于信号检测的方法,针对该方法只适用检测特定频率成分信号、方程参数选择不便以及噪声影响检测结果等情况,提出基于Duffing振子的变尺度微弱特征信号检测方法. 数值分析表明,该方法可以仅用一组确定的参数条件,检测任意频率、任意相位的特征信号.     

超声波信号渡越时间参数法测量空气中温度分布

超声波已成功在医疗、化工和无损探伤等领域得到广泛的应用。根据超声波在空气中的传播速度会随着温度改变而改变这一特点,本文把空气中的温度场作为研究对象,利用超声波信号在空气中的渡越时间参数TOF(Time of Flight)来对空气中的温度分布情况进行超声波CT画像的重建。     

时频特征的海豚发声端点检测方法研究*

为在复杂的海洋环境噪声场中检测出目标海豚的某类声信号,设计了一种基于海豚声学特征的端点检测方法。根据海洋环境中噪声能量大且分布频率范围广,而海豚声音的时频特征具有持续时间短,、频率高且集中,、发声行为持续时间长的特点,将采集到的海洋声音进行分帧,计算单帧信号短时能量、谱质心和谱质心二阶偏移率,当海豚发出声信号时,谱质心和能量相应发生突变,截取发生突变的信号实现端点检测。通过与门限法等其他常见端点检测方法进行对比,结果表明,此方法在低信噪比的海洋环境下对单一海豚的某一类声信号检测准确度更高,同时具有较强的抗干扰能力。