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。     

超声相控阵系统中基于FPGA的PCIe总线数据传输研究*

针对超声相控阵系统的高速传输需求,本文提出了一种基于FPGA的PCIe总线传输方案。实现了基于PCIe总线的相控阵数据DMA(直接存储器读写)上传、控制命令下传、发送数据缓存及驱动和上位机测试程序设计。通过实验测试了PCIe总线的DMA传输速率,可达6.5Gbit/s,并成功将该方案应用于64通道超声相控阵检测系统中,实现了超声相控阵系统的PCIe总线数据传输。     

超声反射成像测井的有限元分析*

利用有限元方法研究了有限长换能器激发的超声波在套管井多层介质中的传播规律。数值模拟了换能器长度及套管曲率对反射回波的影响。随着换能器长度增加,反射回波频谱谱陷个数由单一向多个变化;套管共振透射窗的反射波相对能量先逐渐减小后振荡变化,较小长度的换能器对套管与水泥环界面的声阻抗区分能力优于较大长度的换能器。随着套管曲率的增大,套管共振透射窗的反射波由单一模式的厚度振动纵波向其他模式波变化。数值模拟结果对超声脉冲反射声波测井仪器的换能器结构优化设计起到了良好的指导作用。     

一种声发射信号方位角自适应监测算法*

四阶累积量可用于声发射信号处理,结合盲波束形成算法可对声发射信号的方位角进行估计。由于四阶累积量的计算量较大,采用迭代计算的思想,提出一种基于四阶累积量的自适应声发射信号方位角监测算法。与改进前的算法相比,自适应算法的计算复杂度和所需存贮空间均显著降低,可用于声发射信号的方位估计和监测。计算机仿真及实测数据分析均验证了算法的有效性。     

超声空化及其声流结构实验研究*

超声空化及其声流效应在医学、化工和能源等领域得到广泛应用。本文采用高速摄像和粒子图像测速系统分别研究了超声场下的空化形态和声流场结构的时空演化规律。实验研究了50W,100W,200W和250W等四种不同输入功率对18kHz的超声变幅杆附近空化及其声流场的影响。研究结果表明：（1）在变幅杆下端面处观察到由大量空化气泡均匀分布组成的倒置锥形空泡结构,并且锥形空泡结构为稳态流动结构。（2）在超声变幅杆附近产生了两种不同的声流形式,第一种是变幅杆底端的射流型声流,第二种是变幅杆两侧的回旋流。此外,通过研究空泡与声流场中最大速度点之间的空间对应关系,发现声流是因为空泡流动带动而产生的。（3）空间位置和输入功率能显著影响射流型声流的流场结构,但是对回旋流的影响十分微弱。     

粗糙接触界面超声非线性效应的概率模型

提出描述粗糙接触界面超声非线性效应的概率模型,利用分段均匀概率函数描述粗糙接触界面劲度系数变化,结合表面粗糙峰的几何分布特征,得到界面粗糙度和两侧表面相对运动对声波的非线性调制作用。实验观测了铝合金材料的粗糙接触界面的高次谐波现象和阈值现象,进一步分析了归一化非线性参数与界面加载压力、粗糙度之间的关系。实验测量结果与概率模型的理论预测一致,证明了该模型的正确性,为利用超声非线性效应评价粗糙接触界面提供了理论依据。     

染料敏化太阳电池中TiO2颗粒界面接触对电子输运影响的研究

采用溶胶-凝胶法制备TiO₂浆料,通过丝网印刷技术印刷和不同温度曲线烧结TiO₂薄膜,并应用于染料敏化太阳电池(DSC).高分辨透射电子显微镜发现,低温下多孔薄膜中TiO₂颗粒之间呈现点接触,510 ℃烧结后TiO₂颗粒间由点接触变为面接触,近邻颗粒数增多,接触面积增大.同时采用强度调制光电流谱(IMPS)和强度调制光电压谱(IMVS)技术,研究了不同颗粒接触方式和接触面积对电子传输与复合的影响.结果表明:在420- 510 ℃之间,随着烧结温度提高,颗粒接触面积增大,电子传输时间(τ _d)缩短,电子有效扩散长度(L _n)增大,暗电流减小;当烧结温度达到550 ℃时,薄膜比表面积减小,多孔结构坍塌,表面态密度增大,电子传输时间(τ _d)增大.电池光伏特性研究表明:在480-510 ℃范围内烧结得到的TiO₂薄膜,电池短路电流密度(J_sc)最佳,电池效率(η)最好. 关键词： 界面接触 电子输运 暗电流 染料敏化太阳电池     

基于一阶梯度信息的光谱相似度评价方法

目前的光谱相似度评价方法主要基于光谱形状和幅值两种信息,但这两种信息仅仅能体现出光谱的轮廓,并不能很好的反应地物光谱的吸收峰等“指纹”特征,为了更好的体现出光谱特征在评价中的作用,提出了基于一阶梯度信息的光谱相似度评价方法。首先对传统光谱角度匹配度评价方法SAM进行了改进,提出MSAM评价方法,进而提出了调整的梯度光谱角度匹配(MGSAM)法。MGSAM比较了两条光谱曲线的梯度角匹配度,光谱曲线的梯度信息可以突出光谱吸收峰等“指纹”特性的存在,因此MGSAM可以充分体现出两条对比曲线的光谱特征相似度。分析了偏置信息和光谱深度对于MSAM和MGSAM的影响,指出MGSAM对于偏置信息具有更强的鲁棒性,且可以客观地反映出光谱深度差异,进而直观地反映出光电系统或相关算法的光谱特征保真能力。将MGSAM作为评价方法应用到压缩感知光谱成像系统评价中,仿真结果表明,随着采样率的变化,MSAM的值在 0.998~1之间,而MGSAM的值在0.72~1之间,具有明显的变化并具有较大的差异性,可以客观地反映出压缩感知系统对于光谱特征的保真能力,并具有更强的差异化分辨力,为该类系统提供了一个更客观的评价方法。将MGSAM应用到了基于光谱相似度的地物分类中,测试数据选择了Salinas,Pavia和Indian Pines三个公开数据,结果显示基于MSAM的平均分类精度为0.86,基于MGSAM的平均分类精度0.93,由此说明MGSAM可以突出光谱特征在分类中的作用,大大提高了分类精度。     

超声清洗过程环境压力对声空化效应的影响*

在不同深度条件下的水下构建物超声清洗中,声空化是重要的源动力之一。为探明水下环境压力对声空化的影响,本文基于数值计算的方法,通过对超声波作用下气泡动力学的研究,讨论了环境压力对空化泡溃灭时的气泡最大半径、释放能量以及溃灭功率等因素的影响。结果表明：空化泡最大半径与环境压力在一定范围内呈近似线性关系;随着环境压力增大,空化泡释放能量和溃灭功率均显著减小,且两者在变化趋势和变化幅度上几乎一致;当环境压力大于声压幅值时,空化泡的最大半径、内部压强、内部温度与释放能量均远低于空化发生在环境压力小于声压幅值时的情形。     

一种压电超声波物料输送器*

利用压电陶瓷元件具有良好声电转换特性和输出特性,本文提出了一种新型结构的压电超声波物料输送器。设计了超声波物料输送器的结构并分析了其工作原理,采用纵扭复合型压电换能器为驱动源,对压电换能器进行了结构设计和参数计算,并对其进行了性能测试。由此研制出了压电超声波输送器的样机并进行了试验测试,结果表明:当频率为17.9 kHz–18.6 kHz时,输送器具有输送物料能力。驱动负载为1.5 kg时系统的谐振频率为18.3 kHz,输送速度最快,达到64个/min。随着电源输出功率的增大输送物料速度呈线性增加。该输送器的稳定性好,噪声低。与压电片式和电磁式输送器噪声进行对比,超声波输送器的工作噪声仅为31 dB,略小于压电片式,远小于电磁式。     

A study of contact interface and wear diagnosis for hand taps using ultrasonic method

This work was to study the contact interface between a set of used hand taps and another new one based on the regional scanning of ultrasound. The contact image was a novel disclosure for hand taps contact. The objective of this work was to provide a wear diagnosis by making a comparison of contact area between the used and the new hand taps. The 2D maps showed an apparent change not only in area sizes but also in contact shapes between the used and the new hand taps. The 3D contact images also provided useful information to show the degree of contact.The contact area between the tap and the workpiece was calculated using an image analysis software package. The range of contact areas varied from 2.49 mm² to 35.31 mm² for the used hand taps and from 1.19 mm² to 28.55 mm² for the new taps, depending on the definition of the contrast ratio. The result provided another scientific data for users to decide a correct timing for the tool replacement. In addition, maps of reflection coefficient and pressure contour distribution were presented. The range of contact pressure varied from 2.5 Mpa to 4.2 Mpa.     

二维信号分析法在超声无损检测中的应用

本文综述了近年来二维信号分析法在超声无检测（NDT）中的应用,其中包括二维快速Fourier交换（FFT）、Wigner-Ville分布（WWD）、Gabor变换（GT）和小波变换（WT）等,对它们自在NDT应用中的优缺点进行了分析比较和讨论。     

信号处理在超声检测中的应用

文章综合报道了信号处理在超声检测的抑噪、缺陷的定性定量分析及优化驱动信号的几方面应用。     

用动态光弹法记录的超声脉冲沿固-固界面的传播过程

本文报导了用动态光弹法记录的沿两种玻璃形成的界面上超声脉冲的传播过程。实验中所用的固-固界面是由两种玻璃组成(玻璃I的声速较高，玻璃Ⅱ的声速较低)。实验记录了沿界面的两组波脉冲(一组传播较快，一组传播较慢)的形成及独立传播的过程。快波组包括快速层中的纵波脉冲及其产生的三种头波，慢波组包括慢速层中的纵波脉冲及其产生的二种头波。实验中出观的波组的种类和成员与已有的脉冲线源的理论解符合。     

A new technique for the identification of ultrasonic flaw signals using deconvolution

The identification of ultrasonic flaw signals is a difficult task in the angle beam ultrasonic testing of welded joints due to the presence of non-relevant signals from the geometric reflectors such as weld-roots and counter-bores. This paper describes a new approach to identify ultrasonic flaw signals in such a problematic situation. A similarity function is defined as the deconvolution of a target signal by a reference signal. The similarity functions for the same type of flaws/references are symmetric bandlimited impulse-like patterns with larger amplitudes while those for different types of flaws/references are asymmetrical broad patterns with relatively smaller amplitudes. Therefore, ultrasonic signals could be identified by the pattern of the similarity function. In the initial experiments, the proposed technique showed great potential for identifying ultrasonic flaw signals in the inspection of weld joints.     

固-固接触界面热传输研究

提出了固-固接触热传导接触界面层的概念并进行了解释。接触界面层的建立,把微结构的散射和辐射热传导机制统一于界面层内,通过对接触界面层、接触界面层的厚度和界面层热导率等的讨论,初步揭示了接触界面层热传导的机制。在界面层微观传热的机制上,建立了接触界面层热阻预测模型,并把模型预测接触热阻值与扩散失陪模型(DMM)以及实验值进行了比较。结果显示该模型克服了DMM模型预测值偏低的缺陷,这些将对接触界面层的微尺度热分析有一定的帮助。     

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。     

粘接界面特性的超声检测与评价

粘接界面特性的超声检测与评价既是物理学的前沿问题,又是经济建设和国防安全亟需解决的应用问题。高波阻介质下多层低波阻介质界面脱粘检测、滑移界面检测和粘接强度定量评价是粘接质量检测中遇到的三大难题。本文综述了课题组十余年来在攻坚三大难题方面的研究工作：建立了共振匹配理论,发明了六项关键技术并实现了技术集成,研制出全新概念的超声检测设备,解决了第一个难题;成功研制出横波直探头,用纵横波综合判断方法解决了第二个难题;对第三个难题,建立了粘接界面非线性弹簧模型,为利用非线性声学参量评价粘接界面奠定了理论基础,并探索性地利用统计性方法对粘接强度进行了预测,取得较好效果。     

Harmonic generation of an obliquely incident ultrasonic wave in solid-solid contact interfaces

The conventional acoustic nonlinear technique to evaluate the contact acoustic nonlinearity (CAN) at solid-solid contact interfaces (e.g., closed cracks), which uses the through-transmission of normally incident bulk waves, is limited in that access to both the inner and outer surfaces of structures for attaching pulsing and receiving transducers is difficult. The angle beam incidence and reflection technique, where both the pulsing and receiving transducers are located on the same side of the target, may allow the above problem to be overcome. However, in the angle incidence technique, mode-conversion at the contact interfaces as well as the normal and tangential interface stiffness should be taken into account. Based on the linear and nonlinear contact stiffness, we propose a theoretical model for the reflection of an ultrasonic wave angularly incident on contact interfaces. In addition, the magnitude of the CAN-induced second harmonic wave in the reflected ultrasonic wave is predicted. Experimental results obtained for the contact interfaces of A16061-T6 alloy specimens at various loading pressures showed good agreement with theoretical predictions. Such agreement proves the validity of the suggested oblique incidence model.     

ART-2网络在超声检测信号分析中的应用

本文以焊缝超声检测常见的缺陷（夹渣、气孔、未焊透、未熔合）为对象，选取缺陷时域波形的上升时间、波宽、上升角度和频域特征的波动次数、底宽等特征值组成特征矢量作为ART-2的输入，来实现缺陷性质的识别，并与射线检测结果对比。实验结果表明：采用该方法得到的正确识别率达到81．5％，具有良好的应用前景。