空心聚合物微珠/环氧树脂复合材料匹配层空耦式压电换能器

研制了一种厚度模空耦式压电换能器,使用综合考虑材料衰减系数和声阻抗的空耦式压电换能器电力声等效电路理论模型以指导匹配层结构设计和材料选择,选用新型的空心聚合物微珠/环氧树脂复合材料作为声匹配材料,优化设计电阻抗匹配及结构参数。该换能器中心频率为510 kHz,-6 dB频域相对带宽为25.4%,插入损耗为-27 dB。结果表明,使用新型低衰减系数的闭孔复合材料单匹配层设计的该换能器不仅保证了高灵敏度,同时简化了换能器结构,为空耦式压电换能器研制提供了新思路。     

水浸超声检测的平面波频域快速成像算法

给出了一种基于一步相移法的水浸超声检测快速频域算法,以适用于液浸式相控阵成像。通过在阵列信号频域乘以相移因子,将阵列虚拟延拓至水浸工件表面,再进行单介质频域成像。相比时域延时叠加算法,节省了计算界面折射点的用时。对于垂直入射平面波检测,提出一种网格匹配的方法,通过调整傅里叶变换的点数,使阵列信号频域和图像频域的采样网格相重合,有效地减少了频域插值误差和伪像,进一步降低了运算次数.实验结果表明,网格匹配频域算法的运算次数仅为时域平面波算法的1/60,为水浸式超声实时检测提供了一种可行方案。     

平面波在横向各向同性均匀介质中的传播

导出均匀各向异性介质当中具有横向各向同性性质的一类介质中平面波的严格解,给出了慢度曲面的三维分布图形,研究了属于这类介质的单向纤维增强复合材料中声波的传播规律。平面波的特征用慢度矢量、波矢量、偏振矢量和群速度等物理量来刻画.由于引入了描述介质各向异性特性的方向矢量,各物理量最终以与座标系无关的形式来表达,因而具有普遍的适用性。     

横向各向同性固体中圆柱状散射体对水平偏振剪切波的散射

给出横向各向同性介质中SH波的标量波动方程,并通过简单的坐标变换,将其化为标准的Helmholtz方程.建立了求解散射问题的积分方程,利用边界单元方法数值计算了横向各向同性固体中圆柱状空洞及刚性散射体对SH波的散射场分布。重点分析了各向异性对空洞散射体散射场指向性的影响.     

超声换能器辐射场应力定量测量方法研究

提出了一种基于动态光弹观测系统的超声换能器在透明固体中辐射场应力定量测量新方法。该方法关注到激光束穿过非均匀应力区时的双折射累积效应和Senarmont补偿法均匀应力假设与真实应力非均匀分布之间的差异,利用滤波反投影算法重建出应力场;根据应力与换能器激励电压的线性关系,用4种激励电压动态校准重建后的应力数据。实验定量测量了圆形晶片超声换能器在固体内部辐射的瞬态纵波场的应力分布,结果表明应力幅值与激励电压成正比,符合线性规律。     

等厚铝板粘接件超声反射频谱的低频特征

利用弹簧模型研究了"铝-胶-铝"等厚粘接件的超声反射谱的低频特征(使用的超声波频率远低于胶层的共振频率),指出了利用其谐振频率的"右峰"漂移量反演弱粘接情况的胶层劲度系数的可能性。我们通过胶层固化时间的变化来模拟胶层劲度系数的变化,对理论结果进行验证,实验结果与理论吻合良好。     

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。     

级联积分梳状滤波器在超声检测系统中的应用*

在超声探伤系统中,通常要求回波幅度的垂直线性误差小于±5%,通常采样率需10倍于原始信号频率以上,对于高频探头来说对仪器的A/D性能要求较高。该文提出了一种基于现场可编程门阵列的对探伤信号恢复幅值方法,采用高效的级联积分梳状滤波器(CIC滤波器)及其FIR补偿滤波器进行滤波插值,在有限的采样频率下实现了高频信号的幅值恢复,并通过MATLAB和自研硬件平台进行了仿真、架构和实验,验证了CIC插值滤波器的滤波误差小于2.2%且效率高于具有同等插值效果的FIR插值滤波器,具备很好的工程应用价值。     

超声聚焦探头在固体中辐射声场的动态光弹测量方法

超声聚焦探头在声场聚焦区域具有很高的检测灵敏度和分辨力,是工业超声检测中常用的探头。聚焦探头在固体中的聚焦特性直接影响检测效果,其传统测量方法通过水中聚焦参数间接换算而来,结果存在一定的误差。动态光弹法可以直接观测透明固体中的探头辐射声场,具有直观、无反射体或水听器的浸入影响、全场观测等特征。进一步采用圆偏振光并结合Senarmont补偿法,可精确测量透明固体中探头辐射声场的绝对应力分布,给出聚焦探头在固体中的聚焦参数,包括焦距、焦柱长度和焦斑宽度。实验测量结果与有限元仿真计算及小球反射法测量结果吻合较好,表明了动态光弹法定量测量聚焦探头辐射声场的可行性。     

用相速度测量数据反演单向纤维增强复合材料板的弹性常数

基于横向各同性均匀介质中平观波相速度的解析表达式，用声速测量数据，通过失代阻尼最小二乘法来反演单向纤维增强复合材料板的弹性常数，数值实现中，运用了奇异值分解（ＳＶＤ）方法以改善计算的精度和稳定性。用模型计算的声速数据和实测的声速数据均进行了弹性常数的反演，结果表明了反演算法是有效的。