非线性电磁超声对铝合金拉伸变形评价研究

非线性系数是描述材料中微纳尺度损伤的特征参量,非线性系数常通过接触式压电超声进行检测,但耦合剂引起的非线性一般是未知的,针对这一问题,提出了一种非接触式电磁超声非线性纵波检测方法。该方法基于洛伦兹力机理在试件表面产生的振动弹性波,利用不同拉伸载荷下所制备的损伤试件,分别利用压电超声、电磁超声进行非线性超声系数测量。实验结果表明:利用两种非线性超声检测的相对非线性系数与铝合金的拉伸形变呈单调关系,同时也论证了电磁超声纵波基于非线性理论对塑性变形评估的可行性。     

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。     

一种纵扭复合换能器型超声马达的原理及实验研究

本文从纵扭振动换能器理论出发，计算了一种新的复合换能器型超声马达，并进行了实验研究，测出了其主要性能参数。     

用来激励高频超声换能器的电激励源

讨论了超声换能器的几种激励方法，分析了三种常用激励方法在激励高频超声换能器时的特点及其同局限性，我们雪崩ＭＡＲＸ电路制作的单极窄脉冲能地激励率高达１００ＭＨｚ的换能器并取得了较好的结果。     

大尺寸夹心式压电超声换能器的设计

现有的夹心式压电超声换能器的设计方法多从一维理论出发，它对横向尺寸较大的换能器并不适用．本文研究了大尺寸夹心换能错的铝合振动，通过引人振动体的等效弹性系数，推出了换能器的耦合振动频率方程，并给出了换能器纵向共振频率的设计准则．与数值法相比，本方法计算非常简单．与一维理论的计算结果相比，利用本文理论得出的换能器的纵向共报频率与实测值更加符合．     

用时域自易法测量超声换能器灵敏度

超声换能器的灵敏度是实际应用中很重要的物理参量，传统测试方法是在消声水槽中用连续正弦波进行逐点频率测量，过程较繁复，测量频率范围也受到限制，并且不能获得重要的相位信息．本文所采用的时域自易法是一种新颖的换能器核准方法．通过对超声换能器的激励电流和回波电压脉冲进行傅氏变换，可得到灵敏度的幅频相频特性，且具有测量速度快、频带宽和易于操作等优点．把时域自易法所测得结果与频域法测量所得结果进行比较，证实相符．     

一种保证超声清洗机性能的换能器大功率测试方法

本文较详细地叙述了生产超声清洗机过程中，对换能器频率，频带宽度，阻抗等参数实施一种简单而实用的大功率测试法，据此进行筛选来提高超声清洗机的性能。     

超声技术的基石——超声换能器的原理及设计

超声换能器是在超声频率范围内将交变的电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换为电信号的能量转换器件,它是超声技术中的关键器件,其性能好坏直接关系到超声应用技术的效果和使用范围.由于超声技术的应用范围很广,且超声新技术层出不穷,因而与此对应的超声换能器的种类也很多.文章对不同应用背景下多种类型超声换能器的原理及设计进行了阐述,分析了不同类型超声换能器的性能参数及设计要求,简要总结了超声换能器的性能参数测试方法,并对超声换能器的发展趋势进行了一定的分析.     

一种高灵敏压电平面水声换能器

设计并制作了一种高灵敏压电平面水声换能器。该换能器敏感元件是对1-3-2型压电复合材料结构的改进,即在带基底的压电陶瓷小柱阵列间不注入聚合物,并在其上表面直接覆盖金属板,构成“带基底的压电小柱阵列+金属盖板”结构敏感元件(称为“空气填充型”敏感元件)。对“空气填充型”敏感元件的谐振频率进行了理论计算和有限元仿真,与实测结果较吻合。为便于对比性能,同时制作了同尺寸“1-3-2型压电复合材料+金属盖板”结构敏感元件(称为“聚合物填充型”敏感元件)换能器。分别对“空气填充型”和“聚合物填充型”敏感元件换能器的有效机电耦合系数、发送电压响应和接收灵敏度进行有限元仿真和实测,结果均显示,“空气填充型”敏感元件换能器具有较高的接收灵敏度,相较于“聚合物填充型”敏感元件换能器可提高21 dB。该敏感元件换能器能有效提高灵敏度,可为研制高灵敏换能器提供参考。     

复频聚焦超声换能器水中焦区商场特性的研究

本文对新研制的一种复频聚焦超声换能器的辐射声场进行了实验研究,测定了辐射压在轴向上的分布曲线,进而确定了焦区位置,这与理论所得结果符合较好,测定了辐射声压在焦平面上的分布曲线,并对焦区声场进行了定位,最后对换能器在水中焦区辐射声的频谱进行了研究,不仅观测到了两个源波,而且还观测到了和频波,差频波以及倍频波,证实了声散射声效应的存在。     

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.     

双驱动电动换能器电磁场和声-结构耦合场分析

电动换能器的设计涉及电磁场和声-结构耦合问题,本文利用COMSOL多物理场分析软件提供的该两种分析模块进行组合,以电磁理论为基础推导出了适合COMSOL数值计算的公式,把两种耦合场的分析结合起来,利用电磁场分析过程计算所需要变量,代入声-结构耦合场进行分析,得到声场分布情况。文章也大致介绍了COMSOL的有限元建模和该两种模块的使用方法。本文对电动换能器结构如何优化不做讨论。     

2019年中国声学学会青年人才托举工程项目交流会在南昌召开

为改善电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)激发横波的特性,提出一种基于正交试验的优化方法,并利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics建立了横波EMAT的有限元模型,应用正交试验和极差分析法,分析了线圈各参数对电磁超声横波的近场长度和半扩散角的影响,比较了线圈各参数影响程度的大小。结果表明,激励电流的频率和线圈的尺寸对横波的传播特性有着明显影响,提高频率会使得横波的近场长度增大及半扩散角减小;其次,减小导线的宽度及间距,以缩小线圈尺寸能有效改善横波的传播特性。     

1-3型二维柱形凹面线聚焦换能器声场特性

设计并研制了柱面结构的1-3型复合材料凹面线聚焦换能器,在提高换能器带宽的同时,可以实现声场的线聚焦。将换能器内部PZT柱作为独立声源,应用瑞利积分和叠加原理,推导出了柱形凹面换能器总声场的理论表达式。通过仿真计算分析了换能器在聚焦线上的声场特点以及相关参数对聚焦性能的影响。对换能器参数做出合理设计,使换能器在实现线聚焦的同时,声场在聚焦线上的起伏较小,从而设计并制作出聚焦性能良好的线聚焦凹面换能器探头。实验测试结果表明采用本文方法计算得到的换能器声场与实测的声场分布基本符合,柱形凹面换能器在其几何焦点附近范围内均可实现聚焦,并在侧向上形成清晰的聚焦线,其聚焦线长度为换能器的侧向结构长度,在聚焦线上声场分布起伏较小。     

Acousto-optic interaction in a non-homogeneous acoustic field excited by a wedge-shaped transducer

The article is devoted to theoretical analysis of light diffraction in a non-homogeneous acoustic field created by a wedge-shaped piezoelectric transducer. Relationships describing electrical, acoustic and acousto-optic properties of the acousto-optic cell are derived in the approximation of a small thickness of the piezoelectric plate. Principal characteristics of acousto-optic interaction are examined such as dependences of the light diffraction efficiency on the phase mismatch and the acoustic wave amplitude. It is shown that the acoustic field has a complicated amplitude-phase structure changing with the acoustic frequency. It is demonstrated that the diffraction efficiency in the Bragg regime can approach 100% in spite of a noticeable phase mismatch. The appropriate optimal values of ultrasound power and incidence angles of light are found.     

任意阵形水声换能器阵辐射声场计算

本文用边界元的方法计算了阵形任意的水声发射换能器共形阵的辐射声场。在详细研究了边界元方法基本理论的基础上，采用Pro／ENGINEER软件与ANSYS软件相结合来建立换能器阵的边界元模型，再用SYSNOISE软件计算其辐射声场和辐射阻抗。这种声场计算方法可用于发射换能器阵设计阶段对设计结果进行预报。     

在线超声检测系统中螺旋线圈换能器的应用

针对在线车轮超声检测系统的工程应用,研究了圆形螺旋线圈电磁超声换能器由洛伦兹力换能机制在钢中产生的辐射声场.给出了涡流、等效表面力源和辐射声场的计算方法,分析了圆形螺旋线圈换能器在钢试块上的辐射指向性.结果表明,辐射的圆周径向偏振横波为两边瓣中空指向性,对理解圆形螺旋线圈换能器的辐射声场和在重载货车车轮轮辋在线辋裂缺陷...