基于Gabor时频滤波的电磁超声螺栓轴力测量*

高强度螺栓轴向预紧力(轴力)的测量在工程应用中具有重要意义。使用电磁超声波对螺栓轴力检测时对超声回波声时测量精度要求较高,传统互相关估计法对超声回波声时估计易因噪声干扰发生估计错误,无法满足轴力测量精度要求。本文针对互相关法对电磁超声测量信号声时估计存在不准确的问题,提出了Gabor时频滤波法。通过螺栓轴力测量实验采集测量信号,对测量信号进行Gabor变换,在时频域中进行滤波,再对去噪后的信号进行互相关估计测得信号的声时,进而计算出螺栓轴力。实验表明：Gabor时频滤波法能有效地滤除电磁超声信号中的噪声,改善互相关估计的稳定性,提高螺栓轴力测量的准确率。     

电磁超声多界面检测信号去噪方法研究

为了解决传统压电超声换能器检测方式耦合不稳定的问题,将电磁超声应用于多层粘接结构界面检测。针对电磁超声界面检测信号噪声高和盲区大的问题,在电磁声换能原理和盲区成因分析的基础上,用小波阈值滤波和自适应抵消滤波方法对检测信号进行了处理,达到了降低信号噪声和减小盲区的目的。对钢板和双层橡胶粘接样品的回波信号处理结果表明:小波阈值滤波将信噪比提高了约12 dB,自适应抵消滤波有效地减小了由感生信号产生的盲区。     

Barker码激励超声导波在长骨检测中的应用

单脉冲激励的超声导波在长骨中传播时,信号的衰减大,导致接收信号的幅度很小,且噪声严重。Barker码激励能有效增大接收信号幅度,提高信噪比(SNR)。将其应用到超声导波长骨检测中,进行仿真和长骨实验,得到的信号分别用加权匹配滤波器和有限冲激响应-最小均方误差(FIR-LS)逆滤波器进行压缩,并与单脉冲激励的结果进行了对比。结果表明,对于13位的Barker码,采用加权匹配滤波器进行解码时,压缩信号幅度是单脉冲激励接收信号的13倍;而FIR-LS逆滤波器则达到-63.59 dB的峰值旁瓣水平(PSL),更好地抑制噪声。说明可以将Barker码激励超声导波应用于长骨的检测中。      

扭振超声变幅杆谐振参数测定方法的研究

介绍以小信号正弦电磁激振和脉冲设击激振，加速度计进行信号检测的扭振超声变幅杆谐振频率和角位移放大系数的测定方法。该法已应用于科研试验中。     

浅海脉冲声传播及信道匹配实验研究

进行了浅海声信道中低频脉冲压缩和信道匹配的理论和实验研究。实验中通过脉冲压缩,实现了超过110 km的高信噪比信号接收,信噪比时间增益与理论分析结果一致;信道实测时间相关半径超过了500 s;信道匹配处理提高了实验脉冲信号检测信噪比(信道匹配增益),基本消除了多途对脉冲信号检测信噪比的影响,且信道匹配增益可以进行理论预报。实验表明,脉冲压缩可有效增加浅海低频声脉冲的传输距离,信道匹配可用于消除多途对脉冲信号检测信噪比的影响。     

基于LabVIEW的时间反转超声检测系统的开发

时间反转技术在超声无损检测中的应用非常广泛,它可以忽略介质的非均匀性及初始信号源的位置,能够在时间和空间上聚焦超声波,实现对介质缺陷的聚焦检测。基于LabVIEW图形化编程软件,结合计算机、信号发生器、示波器、超声换能器、GPIB等的使用,对超声检测系统实验平台进行了构建,实现了超声信号的发射、接收以及时间反转一系列的信号处理过程。系统工作过程中,采用了三种不同的时间反转技术：经典时间反转技术(Time Reversal：TR)、反向滤波技术(Inverse Filter：IF)及1位处理技术(1Bit Processing),来实现信号的聚焦。实验验证该系统可以有效的实现时间反转超声检测过程中对信号的激励、接收、处理和存储等功能,有良好的精确性和适用性。     

用声或超声检测印刷电路板焊点质量

美国Battelle-Columbus实验室,采用声或超声技术检测印刷电路板的焊点质量,取得结果.其原理如图1所示.图中发射换能器T产生的超声波激励焊点H,使焊点在同一频率域响应,这一响应用全方位接收换能器R来检测.发射换能器T的频率响应为T(f)     

岩石特性的编码激励超声参数表征及分析

编码激励技术是提高超声穿透能力和分辨率的有效手段。为分析岩石特性对编码信号脉冲压缩性能的影响,通过数值模拟以及不同岩石的超声检测实验,研究并比较了几类编码信号的检测效果。结果表明幅度加权线性调频信号(TLFM)调制的Barker码信号(BTL)受到的信噪比损失低于正弦调制Barker码信号(BS),而分辨率损失要低于TLFM信号。实验结果验证了编码激励技术的有效性,为岩石超声检测中编码参数的设置提供了依据。      

利用PVDF传感器检测激光超声的实验研究

简要介绍了激光超声技术以及声表面波的基本特点、激光超声产生和接收的基本原理及激光超声技术的应用。概述了聚偏二氟乙烯（PVDF）压电薄膜材料的结构、性质和应用，以及薄膜压电性产生的机理。对PVDF换能器的设计思路和实验方法进行了简单讨论。具体实验采用脉冲激光器激发声表面波，利用PVDF传感器接收实验信号，调试实验信号，得出波形，并对实验现象作出初步分析。证实了该实验装置应用于激光超声无损检测的可行性与可靠性。     

一种磁场优化结构电磁超声传感器设计*

为了进一步增强电磁超声检测技术在管道厚度测量领域的检测能力,该文对电磁超声传感器(EMAT)的结构进行了优化。提出了多磁铁对称分布型EMAT,能实现更小的磁铁体积,产生更强的表面剩磁强度。采用在硅钢表面开槽的方式限制涡流形成的区域,解决了涡流对测量的影响。建立厚度测量实验系统,对比出单磁铁型与多磁铁对称分布型EMAT在不同提离距离上检测信号的变化规律。结果表明,多磁铁对称分布型结构可通过增强EMAT的偏置磁场达到信噪比更优的效果。采用耐高温探头外壳和钐钴磁铁,提高了EMAT探头在高温环境下的检测性能。     

微槽式光学谐振腔超声传感效应验证*

摘 要：光学微腔的高灵敏度主要源于其结构在时间和空间上对光场的局域增强作用和频率选择作用。其结构在垂直于波导方向上形成了高反射的边界,形成了一种回声腔,使得光在波导内来回反射,从而增强了波导内部的光场强度。当外界存在微小的压力波动时,它将引起波导内部的介电常数和压力场的变化,从而改变了谐振腔内的模式场分布和传输特性,据此可以实现对微小的压力波动进行高灵敏度检测。本文设计了一种高品质因子（Q）的光波导微槽式环形谐振腔超声传感器,完成器件制备并搭建了测试系统,依据倏逝波效应实现了超声探测。测试结果表明,该传感器的品质因子为1.38×107,在800 kHz ~1 MHz范围内响应平坦,在900 kHz的信噪比可以达到27 dB,灵敏度达到 -168 dB。本文设计的传感器可以为水声探测等领域的研究提供关键技术支持。     

衰减匹配的超声Barker码激励方法

为增加超声穿透高声衰减介质的能力,提出了一种衰减匹配的超声Barker码激励方法。基于换能器高斯响应与材料非频散线性衰减的假设,得到了Barker码激励的信号模型,求解旁瓣抑制滤波后脉冲压缩的信噪比表达式可知,该方法仅需要根据材料衰减特性与轴向分辨率的要求,分别调整Barker码的中心频率与时长,便可以获得更高的信噪比。取衰减系数为1.4 Np/(MHz·cm)、厚度为5 cm的橡胶为试样进行验证。当与方波激励方法的轴向分辨率相近时,衰减匹配的Barker码激励方法比传统Barker码激励方法的信噪比增益提高接近5 dB;当牺牲一定轴向分辨率时,信噪比增益提高接近11 dB。结果表明,衰减匹配的Barker码激励方法可以降低依频率衰减对脉冲压缩的影响,有效提高衰减回波的信噪比。      

Evaluation of an auditory model for echo delay accuracy in wideband biosonar

In a psychophysical task with echoes that jitter in delay, big brown bats can detect changes as small as 10-20 ns at an echo signal-to-noise ratio of approximately 49 dB and 40 ns at approximately 36 dB. This performance is possible to achieve with ideal coherent processing of the wideband echoes, but it is widely assumed that the bat's peripheral auditory system is incapable of encoding signal waveforms to represent delay with the requisite precision or phase at ultrasonic frequencies. This assumption was examined by modeling inner-ear transduction with a bank of parallel bandpass filters followed by low-pass smoothing. Several versions of the filterbank model were tested to learn how the smoothing filters, which are the most critical parameter for controlling the coherence of the representation, affect replication of the bat's performance. When tested at a signal-to-noise ratio of 36 dB, the model achieved a delay acuity of 83 ns using a second-order smoothing filter with a cutoff frequency of 8 kHz. The same model achieved a delay acuity of 17 ns when tested with a signal-to-noise ratio of 50 dB. Jitter detection thresholds were an order of magnitude worse than the bat for fifth-order smoothing or for lower cutoff frequencies. Most surprising is that effectively coherent reception is possible with filter cutoff frequencies well below any of the ultrasonic frequencies contained in the bat's sonar sounds. The results suggest that only a modest rise in the frequency response of smoothing in the bat's inner ear can confer full phase sensitivity on subsequent processing and account for the bat's fine acuity or delay.     

共光声池腔芯轴型空气衬底光纤麦克风

声传感器和光声池是激光光声光谱技术的核心组件.结合光纤迈克耳孙干涉仪、相位载波解调技术和纵向共振光声池,提出一种共光声池腔的芯轴型空气衬底光纤麦克风.光纤麦克风中的铜毛细管被用作光声池的共振腔,传感臂由10 m长的超细光纤缠绕在铜毛细管上构成,参考臂为5 cm长的短臂且已进行隔声隔振处理.基于结构共振频率稳定的特点,优...     

基于周期图最大似然算法的相干激光测风多普勒频率估计

采用径向风速的估计不确定度和探测概率作为评价指标,研究了周期图最大似然(PML)算法的多普勒频率估计性能.基于大气分层激光回波模型,分别以PML和周期图最大值法(PM)对回波信号进行处理,验证了PML算法在相干激光测风中的可行性;分析比较不同信噪比条件下PML算法的风速估计不确定度与探测概率.仿真结果表明,在发射脉冲宽度为400ns、采样点数为128时,PML算法适合在中等信噪比条件下使用,且风速估计的不确定度整体小于PM算法的,在信噪比为-13dB时径向风速的估计不确定度为0.75m/s,探测概率在90%以上,该研究为后续的外场试验提供了指导.     

通过滤波检测水泥胶结质量的超声反射法

为防止流体沿井轴向窜槽,水泥与套管和地层的胶结必须是良好的。在固井质量检测中,超声反射法因具有较强的方位指向性而被广泛使用。但套管的高声阻抗导致了套管后的反射波信号比较微弱,使得水泥胶结质量的判别变得困难。为提高超声反射法的识别能力,我们以套管的共振频率为中心频率对反射全波进行滤波,降低套管的前表面反射波幅度,凸显套管后面携带水泥胶结信息的反射波。滤波后的波形呈现出数个波包,不同胶结情况下这些波包的幅度存在明显差异,通过这些差异可以判断水泥胶结质量。我们还利用有限声束模型计算了斜入射时的反射全波,探讨了入射角对超声反射波的影响。      

低频声波油井液面检测方法研究

为克服冲击声波法油井液面检测设备寿命短的缺陷,研究了一种低频声波测量油井内液面深度的方法,采用电磁式扬声器产生伪随机码调制的低频声波作为探测信号。通过对回波信号的解码和相关检测处理可以抑制背景噪声的干扰。完成了油井液面检测仪的硬件和软件系统的初样设计,并对不同信噪比下的回波信号作了仿真分析,仿真分析结果表明,该方法在低信噪比情况下,仍具有良好的辨识效果。     

分布式光纤声波振动传感系统研发及应用

针对油气田勘探开发需获取微声波信号完整波形的问题,开展了基于双脉冲外差调制与反正切外差解调方案的分布式光纤声波传感（DAS）技术研究与配套系统研发。通过特征参数室内振动模拟实验,新型DAS系统的响应频率范围20 Hz～25 kHz、最大动态范围60 dB、信噪比49 dB,满足微声波信号幅度、频率、相位等信息的探测需求。同时,该系统在新疆油田稠油热采井下蒸汽腔探测方面成功开展了现场应用,实测有效声压强度?195 dB,验证了系统的可靠性,具有良好的应用前景。     

Antenna array in the sound field of an arctic waveguide

An antenna array placed in an arctic-type acoustic waveguide is considered. The guided sound field consists of a signal generated by a point source and an isotropic interfering noise produced by the ice cover. The array is operated in a specific regime: the output signals correspond to individual modes of the sound field. The signal received by the array is subjected to correlation processing with a finite averaging time. It is shown that, depending on the processing method, the signal-to-noise ratio can reach 40–60 dB for a realization duration of 1 min, and the quality of the signal detection is increased.     

超声辅助加工系统的刀具状态自感知算法

超声波振动台内含压电材料,可以拾取切削过程产生的振动信号,实现不借助外部传感器刀具工作状态的自感知。为了从刀具振动信号中获取有效信息,该文提出一种基于经验模态分解的时频域重构算法。首先,采用经验模态分解算法将原始信号分解,得到多个固有模态函数分量和残差分量;其次,计算原始信号与各分量之间的时频域互相关系数;再次,归一化时频域互相关系数作为权重值,将固有模态函数分量和残差进行重构;最后,通过数值仿真和超声辅助加工实验,验证了基于经验模态分解的时频域重构算法的去噪性能,提取了信噪比为5.03 dB的目标信号,从而实现了超声辅助加工系统的自感知功能。