斜射式超声波跨金属厚壁无线通信系统

跨金属无线传输是超声波通信的重要应用场景之一。实际应用中超声波在金属/超声波换能器界面处因反射而造成回波干扰是这类通信系统的天然缺陷。尽管利用回声消除技术能一定程度地克服回波干扰,但这需要调用大量电路硬件或计算资源。该文在超声波跨金属厚壁通信系统中摒弃传统的直射式探头而选用入射角为45°的斜射式探头作为超声波发射和接收换能器,由于斜射式探头偏转了超声波在金属信道内的反射路径,从而大幅降低换能器接收到的回波。在不进行回波消除的前提下,以STM32为主控芯片和自制信号调理电路搭建了一套斜射式超声波跨金属厚壁无线通信系统,同时将之与选用直射式探头作为超声波换能器的通信系统进行对比验证。研究表明,在接收信噪比方面斜射式系统(19.52 dB)远优于直射式系统(9.24 dB),在穿透60 mm的厚铝板时系统实时通信速率达到1.2 Mbit/s,并可实现实时声频传输。     

机器视觉螺纹螺距的测量与评定北大核心CSCD

为实现螺纹螺距的高效测量与合理评定,在分析现有机器视觉螺纹螺距测量方法的基础上,提出了一种基于面积法求解螺纹螺距的测量与评定方法。首先对螺纹图像进行旋转矫正,然后以螺纹轴截面上牙廓区域投影面积等几何关系,获取螺纹中径点,再使用最小二乘法拟合中径线,最后结合包容原则获得被测螺纹螺距。以螺纹塞规为对象进行对比实验,数据表明:面积法与接触式综合测量仪、工具显微镜所测螺距平均值相当,标准差0.9μm略大于综合测量仪所测螺距的标准差0.6μm,但远小于工具显微镜所测螺距的标准差9.6μm;测量效率上面积法是综合测量仪的1.9倍,是工具显微镜的2.5倍。     

脉冲激光引信发射接收模块的电磁干扰

 针对脉冲激光引信应用于中小口径常规弹药过程,由于体积严格受限而造成引信内部电磁干扰严重的问题,结合发射、接收模块工作原理,说明在其内部采取电磁干扰抑制措施的必要性。通过分析发射、接收模块电磁干扰产生机理,提出采用双重屏蔽方法抑制辐射干扰,采用线性阻抗稳定网络、缓冲网络和共差模合成扼流圈结合的多重滤波技术抑制传导干扰。对各措施作用效果进行仿真与实验,结果表明：厚度为1.55 mm钢材料对辐射干扰具有良好屏蔽效果;接收模块输出干扰信号峰峰值减小至70 mV,约为原干扰信号的1/40。这些方法大幅度降低了脉冲激光引信内部的电磁干扰,且工作稳定可靠。     

脉冲激光引信发射接收模块的电磁干扰

针对脉冲激光引信应用于中小口径常规弹药过程,由于体积严格受限而造成引信内部电磁干扰严重的问题,结合发射、接收模块工作原理,说明在其内部采取电磁干扰抑制措施的必要性。通过分析发射、接收模块电磁干扰产生机理,提出采用双重屏蔽方法抑制辐射干扰,采用线性阻抗稳定网络、缓冲网络和共差模合成扼流圈结合的多重滤波技术抑制传导干扰。对各措施作用效果进行仿真与实验,结果表明：厚度为1.55 mm钢材料对辐射干扰具有良好屏蔽效果;接收模块输出干扰信号峰峰值减小至70 mV,约为原干扰信号的1/40。这些方法大幅度降低了脉冲激光引信内部的电磁干扰,且工作稳定可靠。     

一种回波重合法装置

超声脉冲“回波重合法”是目前广泛采用的声速测量方法．其原理是：通过对造成任一ｒｆ脉冲中两回波重合的扫描频率测量,以确定超声波在样品中往返传播所经历的时间．用这种方法测量超声波传播时间,精度比较高．为了保证和提高这种精度,我们对装置的稳定性、同步、回波重合的分辨本领都作了改进．在一般的“回波重合法”装置中［１］,ｒｆ脉冲和驱动回波重合的信号源,稳定性不太高．当载波频率作较大变动时,载波波形易畸?...     

超声探头的响应特性及暂态回波模型

建立检测系统的数学模型,可以更好地理解超声检测的物理本质。分析了超声波从产生、介质中传播、缺陷耦合以及接收的全过程,将缺陷回波表示为探头响应函数与缺陷响应的时域卷积。利用空间脉冲响应和基尔霍夫近似建立了超声波与平面型缺陷的耦合模型,用大平面试块底面回波和大平面响应进行反卷积求得了探头的响应函数,并详细分析了探头在不同偏置位置时不同大小缺陷响应的特点,发现缺陷回波由直达回波和边缘回波组成,直达回波和边缘回波极性相反,且直达回波的幅值远远大于边缘回波。     

脉冲激光测距回波信号时间选通处理技术

为了降低高重频脉冲激光测距回波信号的误识别率,提高测距性能,对高重频脉冲激光测距回波信号调理技术进行深入研究。采用FPGA作为主控芯片,产生激光调制脉冲,并根据被测距离3.33 μs～33.33 μs时间选通方波信号,驱动开关芯片产生与量程关联的时间波门,有效滤除脉冲回波中的干扰脉冲,该方法改进了常规脉冲激光测距信号处理系统的自动增益控制环节。测试实验结果表明:在脉冲回波信号60 dB的动态范围内,可有效滤除回波信号中引入的干扰脉冲,极大地降低了干扰脉冲误识别造成粗大误差的可能性。该方法可推广应用于脉冲激光测距信号处理系统,使系统测距精度提高12.6%。     

脉冲串互相关方法在远程激光测距中的应用

基于单脉冲激光测距在远程激光测距中的局限性,提出了一种基于发射脉冲串与回波脉冲串互相关的信号处理方法。该方法将多个激光发射脉冲和回波脉冲作为一次连续信号同时数字化,然后进行互相关处理。采用激光强度与发射间隔可调的激光系统来模拟不同反射强度、不同距离的测距回波信号;通过处理不同信噪比的回波信号,来探究本方法对于回波信号信噪比的提升能力以及对于尖峰噪声的抑制能力。实验结果表明,该方法能够有效提高回波信号的信噪比,信噪比为0.11的弱回波信号经过处理后信噪比被提升到5.92,从而扩展了激光测距系统的测程,有效降低了探测系统的探测虚警率,提高了远程激光测距系统的弱回波探测能力。     

基于时间反转MUSIC的奥氏体不锈钢超声成像分析

奥氏体不锈钢管道广泛应用于核电及某些化工领域等,但奥氏体不锈钢焊缝缺陷的检测仍然比较困难。在时间反转的基础上,采用DORT算法和MUSIC算法对较低信噪比(-5 dB和-10 dB)的缺陷定位进行仿真分析,在定制的奥氏体不锈钢对接焊缝试块上(300 mm×90 mm×30 mm),采用16阵元超声相控阵探头对缺陷进行检测,引入TR-MUSIC算法对缺陷回波信号进行频域分析。结果表明,低信噪比时,TR-MUSIC算法较TR-DORT算法能更好的抑制旁瓣,使信号能量能更好的聚焦于缺陷;在奥氏体不锈钢焊缝相距25 mm的Φ2mm缺陷(深度为50 mm)检测实验数据基础上,TR-MUSIC算法能够更准确定位缺陷。     

超声横波对金属中夹层缺陷的检查

工业中重要的受压容器和管道等设备,为了保证安全生产,是不允许有不同严重程度夹层缺陷的。对钢板中夹层的检查,可用单探头纵波的多次脉冲反射法。对于厚度不大的薄板也可采用兰姆波方法检查。自动化水浸检查,可用于成批产品质量的检查。上述几种方法,对成型状态,或厚度与曲率半径较小、表面糙度较大的管道和容器进行夹层缺陷检查是比较困难的。本文主要介绍适应此种情况检查用的脉冲双探头横波法及其优点。     

基于超声的单螺杆挤出机聚合物混合状态表征方法研究*

超声检测单螺杆挤出机中聚合物共混状态时,螺杆结构对回波信号幅值的衰减有很大影响,从而难以判别共混状态。本文分析了螺杆结构对超声回波信号的影响,以超声传播时间为依据,建立螺杆结构模型,根据螺棱位置的回波幅度,计算出低密度聚乙烯（LDPE）的衰减系数和不同螺杆位置的反射系数比,通过拟合建立反射系数比与螺杆结构关系模型;将上述模型应用到混合物中,计算不同位置的传感器采集信号的衰减系数方差并以此表征聚合物混合状态的均匀性。实验结果利用样本的电镜扫描图验证：上述建立模型及混合状态的表征方法可以较好地判别聚合物的共混状态。     

In-line ultrasonic monitoring of semi-solid magnesium die casting process

Ultrasonic velocity and attenuation measurements in AZ91D magnesium (Mg) alloy with dendritic, rosette and globular microstructures were performed at elevated temperatures using a non-contact laser-ultrasonic technique. It was found that the ultrasonic velocity in the globular microstructure and the ultrasonic attenuation in the dendritic microstructure are the highest among the three microstructures. An ultrasonic clad steel buffer rod sensor embedded in the die has been used to monitor the semi-solid die casting process in-line for the AZ91D Mg alloy. This probe monitored the completion of the die filling, the release of the pressure, the opening of the die, part detachment, solidification of the part, the averaged temperature of the die and the part.     

激光二极管端面泵浦Yb:YAG圆棒热效应研究

基于激光二极管端面泵浦Yb∶YAG棒工作特点的分析,提出了端面绝热、周边恒温的激光晶体热分析模型,采用了一种新的热传导方程求解方法,得到了超高斯光束端面泵浦Yb∶YAG棒温度场的一般解析表达式。同时分析了不同阶次、不同光斑半径、不同功率超高斯光束以及晶体参数改变时对于Yb∶YAG棒温度场分布的影响。研究结果表明,若准直聚焦到Yb∶YAG棒泵浦面42.5W的光束具有4阶超高斯强度分布时,掺Yb3+质量分数为10.0at.%、长度为2.5mm、半径为2mm的Yb∶YAG棒的泵浦面获得74.20℃的最高温升。新的热传导方程求解方法在研究激光棒温度场分布方面具有计算量小、精度高等特点。研究结果对减小激光晶体的热效应,提高全固态Yb∶YAG激光器性能提供了理论依据。     

Performance of cryogenic probes as a function of ionic strength and sample tube geometry

The pursuit for more sensitive NMR probes culminated with development of the cryogenic cooled NMR probe. A key factor for the sensitivity is the overall resistance of RF circuitry and sample. Lowering the coil temperature to approximately 25 K and the use of superconducting coil material has greatly reduced the resistance contribution of the hardware. However, the resistance of a salty sample remains the same and evolves as the major factor determining the signal-to-noise ratio. Several approaches have been proposed to reduce the resistance contribution of the sample. These range from encapsulating proteins in a water cavity formed by reverse micelles in low viscosity fluids to the optimal selection of low mobility, low conductivity buffer ions. Here we demonstrate that changing the sample diameter has a pronounced effect on the sample resistance and this results in dramatic improvements of the signal-to-noise ratio and shorter pi/2 pulses. We determined these parameters for common 5 mm NMR tubes under different experimental conditions and compared them to the 2, 3 and 4 mm tubes, in addition, 5mm Shigemi tubes were included since these are widely used. We demonstrate benefits and applicability of studying NMR samples with up to 4M salt concentrations in cryogenic probes. Under high salt conditions, best results in terms of short pi/2 pulses and high signal-to-noise ratios are obtained using 2 or 3mm NMR tubes, especially when limited sample is available. The 4 mm tube is preferred when sample amounts are abundant at intermediate salt conditions.     

超声脉冲窄带激励的水泥环第二界面探测方法*

如何评价水泥环的第二界面固井质量一直是声波测井领域的世界性难题。本文利用有限元方法研究了基于超声脉冲反射法的水泥环第二界面固井质量探测方法。数值模拟了不同声源脉冲宽度及不同声阻抗地层对第二界面超声反射回波的影响。研究结果表明采用窄带的激励信号源可有效的提高水泥环第二界面反射波回波幅度,有望解决水泥环第二界面固井质量评价问题。制作了水泥环第二界面具有胶结缺陷的实验室样品及大型固井质量刻度井,在此基础上开展了基于窄带超声脉冲激励的实验室及刻度井群实验研究。实验结果表明满足水泥环第一界固井质量良好条件,采用窄带的超声脉冲回波技术可有效评价水泥环第二界面固井质量。     

超声相比较方法在固体弹性性能研究中的应用

 本文用超声相比较方法测量了几种不同类型材料（半导体GaAs晶体、含有Si₃N₄晶须结构的复合材料、过渡金属氧化物CoO以及高温超导体AgYBa₂Cu₃O_7-δ）的声速及后两种样品声速随压力、温度的变化，得到一些用超声脉冲回波重合法不易测定的结果。用相比较法测定声速具有测量频率范围宽、精度高、测量简便等特点，它能测量1 mm左右厚度的薄样品以及声衰减较大的样品，是研究这些材料弹性性能的有效方法。     

基于深度学习的材料超声回波衰减预测方法

材料超声回波衰减是评价材料均匀一致性的常用方法, 针对具有复杂结构的航空发动机盘件难以进行材料底面超声回波衰减评价的问题, 本文提出了利用超声背散射波信号直接预测底面回波衰减的方法。采用10MHz聚焦探头进行超声背散射波数据的采集, 利用深度学习技术构建和训练模型,建立了基于深度学习的材料底面回波衰减预测方法, 同时讨论了采用不同信号形式的超声波信号分类识别模型的准确率差异。研究发现：基于深度学习技术可实现通过超声背散射波预测材料的底面回波衰减, 预测结果和实际底面回波衰减试验结果具有良好的一致性。     

基于超声红外技术对金属管内壁缺陷的检测

为提高管道的运送效率,及时检测排除管道内壁的缺陷非常重要。提出利用超声红外无损检测方法对管道内部进行检测。超声主动热激励试件,高频红外热像仪记录试件表面温度变化,结合了超声摩擦生热和红外热成像的优点。对壁厚约为3.3mm检测难度较大的金属管内壁缺陷进行了检测。通过对采集数据和热图的处理分析,准确快速地确定缺陷所在的位置。实物对比分析表明：超声热激励红外无损检测技术可以对金属管道内壁缺陷进行准确检测定位。     

Ultrasonic pulsed Doppler transoesophageal measurement of aortic haemodynamics in humans.

Centreline blood velocity and exterior wall motion were measured in the descending aorta of humans using an oesophageal probe, a pulsed ultrasound Doppler velocity meter and an ultrasonic echo tracking system. The development of a method for easily measuring haemodynamics in the thoracic region using an oesophageal probe will provide an essentially non-invasive method for the assessment of cardiac function and the nature of blood vessels in that region. Detailed anatomical studies of the thorax were conducted by cross-sectioning of the thorax of a cadaver. Blood velocity waveforms were recorded from the descending aorta both during rest and exercise. In one volunteer, the peak centreline velocity increased from a resting value of approximately 30 cm s-1 to an exercise value of approximately 50 cm s-1. Vessel diameter waveforms similar to those for pressure were also recorded showing diameter changes of 1.8 mm. The accuracy and resolution of the technique would be improved by multicrystal probes and multigate ultrasonic flowmeters allowing for accurate calculation of the Doppler angle, imaging of vascular flow regions, and measurement of pulse wave velocity.     

Flaw characterization based on diffraction of ultrasonic waves

A method of flaw characterization based on time domain analysis of the diffracted sound field from a flaw when irradiated by short ultrasonic pulses is described. The echo formation mechanism developed by Freedman has been utilized to predict the return pulse pattern. Experimental results that are in good agreement with theoretical predictions are presented. Using a microcomputer-based scanning and testing system the feasibility of reproducing planar, straight-edged flaw shapes has been successfully demonstrated.