含曲率结构裂纹的超声红外热波检测数值仿真

针对含曲率结构中裂纹缺陷的检测,采用数值仿真方法研究了超声红外热波技术的可行性。建立不同曲率含有裂纹缺陷复合材料构件的有限元模型,在超声波的激励作用下,获得了构件表面温度分布图,实现了对裂纹缺陷的检测,并对比分析了构件的曲率对检测结果的影响。结果表明:超声热波方法可以应用于含曲率结构的裂纹缺陷检测,并且结构的曲率越大,检测结果越好。     

超声界面波在充液双金属复合管道中的传播特性分析

随着管道运输行业的发展,复合管道越来越多地应用于机械、能源、化工等领域.利用超声界面波对复合管道的界面位置进行损伤探测成为机械装备超声无损检测研究的新方向.以充液金属复合管道为研究对象,采用多物理场有限元分析软件建立了充液复合管道的有限元模型,利用电信号激励超声界面波,分析了超声界面波在管道中的传播特性,并分析了不同液体对超声界面波的影响.结果表明:与空的复合管道相比,超声界面波在充液复合管道中的传播特性差别明显.在充液双金属复合管道中,超声界面波一部分来自初始激励,另一部分来自液体中激励的超声导波;随着传播的进行,初始激励的超声界面波迁移至固液界面处,形成固-液界面波,并逐渐泄漏至液体中;液体中的超声导波每经过一次管道壁面反射,在固液界面处形成一股新的固-液界面波,从而形成等间隔传播的固-液界面波群组.液体密度影响界面波的能量分布:液体密度越大,界面波能量越分散;液体的纵波波速影响固-液界面波的形成速度:纵波波速越快,固-液界面波形成越快.研究工作和分析结果可为管道损伤检测提供理论依据.     

地震作用下桩基的1/3次亚谐波共振分析

建立了均匀地基下桩基础的非线性运动方程。运用Galerkin方法对运动方程进行一阶模态截断,得到离散的非线性振动方程。利用多尺度法求得该系统1/3次亚谐波共振的一阶近似解。分析了频率比、剪切波速度及土层厚度等参数对地震惯性力和亚谐波共振幅频响应的影响,并通过与非共振硬激励情况对比分析1/3次亚谐波共振对系统实际动力反应的影响。研究结果表明:在软弱土层中,剪切波速度及土层厚度对地震惯性力影响显著;1/3次亚谐波共振区域对外激励幅值敏感;阻尼大于一定值后,系统将不出现1/3次亚谐波共振响应;1/3次亚谐波共振显著增大系统稳态动力响应位移。     

基于激光超声二次谐波法检测混凝土早期损伤

针对混凝土结构易产生早期损伤积累等问题,提出了一种激发窄带超声波的热弹性强度调制激光技术的内部损伤混凝土试件损伤情况的检测评估方法.借助有限元仿真法,模拟激光激励非线性细观损伤混凝土模型产生超声应力波,对混凝土模型表面接收点的位移信号进行频谱分析并计算相对非线性系数,建立相对非线性系数与材料宏观力学性能的关系,从而检测混凝土的早期力学性能退化情况.在此基础上,搭建了压电超声二次谐波试验系统和敲击共振基频检测系统,建立了不同配合比混凝土材料非线性系数β'与混凝土动弹性模量Ed的指数回归方程.研究表明,所提方法具有非接触性和灵敏度高等优点,能为实现混凝土早期损伤评估提供有力依据.     

改善超声清洗中声场均匀性的研究进展

超声清洗是功率超声最为广泛的应用之一,清洗效果受各种条件影响.为了改善驻波声场对清洗效果的影响,分析了声场分布在超声清洗中的影响作用,综述了近年消除驻波、改善声场均匀性的超声清洗新技术,对超声清洗技术的发展作出了展望.     

液体空间内的非线性驻波

从流体力学基本方程出发,推导了介质中的波动方程,并结合液体介质在声传播过程中的边界条件特征,考虑非线性驻波的物理特性,利用微扰法导出了非线性驻波的基波和二次谐波的稳定表达式．利用水听器测量超声清洗槽内声压,探讨水听器接收电压随超声波发生器输出电压间的关系,证明了槽内声波非线性效应的存在,又根据水听器接收信号的频谱分析,证明了基波和二次谐波以及高次谐波共存于有界空间的液体中．理论和实验结果共同证明非线性驻波的存在．由于微扰法理论本身适用性的限制,我们得到的基波和二次谐波结果只适用于弱非线性驻波．     

Gauss聚焦脉冲波非线性声场特性

研究了一种窄带脉冲激励下Gauss聚焦波的非线性声场特性.采用解析方法求解KZK方程,理论研究了基波和二次谐波的空间分布规律.结果表明,基波和二次谐波声场沿径向均近似服从Gauss函数规律,且二次谐波波束更窄,但仅在准单色波条件下波束宽度与2成近似反比关系,时域方法的数值计算结果验证了理论结论.     

肿瘤热疗超声无创监测技术研究进展

 肿瘤热疗是用加热方式杀死癌细胞,已成为肿瘤治疗的一种重要手段.肿瘤热疗分为传统热疗(41～45℃)和热消融治疗(>60℃).在肿瘤热疗中,对治疗区组织温度及热凝固区进行无创测控是保证热疗安全和提高疗效的关键,本文综述肿瘤热疗超声无创测温及热凝固区检测技术的研究进展.超声无创测温主要基于声速和热膨胀、超声衰减系数、背向散射能量、B 超图像纹理等参数的温度相关性.热凝固区超声检测主要基于超声组织定征技术,包括Nakagami 统计模型、超声衰减、超声背向散射积分、超声弹性成像、组织散射子平均间距、次谐波低频声发射等.提出了肿瘤热疗超声无创监测技术的未来发展方向,包括监测精度验证方法的研究、针对组织个体差异自适应调整参数的研究、减少组织运动干扰的方法研究、多维多参数监测方法研究、实时计算技术的研究及肿瘤热疗实验数据共享中心的建立.     

气-固界面波的激光热弹激励

采用积分变换技术求解热弹体运动方程和热传导方程耦合问题, 得到脉冲激光线源热弹激励时气-固界面波法向位移解的积分表达式. 解析计算被积函数极点留数, 并采用FFT技术得到气-固界面波声场的瞬态位移波形. 实验在脉冲激光器与激光干涉仪等组成的激光超声系统上进行. 将脉冲激光聚焦成线源激励空气-铁界面, 采用激光干涉仪成功检测到气-固界面Leaky Rayleigh波和Scholte波. 数值与实验结果有很好的一致性.     

寄生式时栅角位移传感器误差源分析与验证

为了提高寄生式时栅角位移传感器的精度,深入分析误差源产生机理和变化规律,确定其主次影响因素,通过对传感器结构分析和行波公式推导分析,得到寄生式时栅角位移传感器的主要误差来源,包括两相激励信号时间、空间正交性误差以及驻波信号幅值误差、线圈零点残余电压引起的误差等.对各误差分量的具体谐波频率次数进行理论推导,确定了产生不同谐波误差分量的具体原因,并通过实验进行验证.验证结果表明:导致传感器产生零点残余电压的误差影响因素对传感器测量精度的影响最为显著,为寄生式时栅传感器的主要误差来源;激励信号的时间、空间正交误差及两列驻波信号的幅值不等为次要来源.     

用对称三角波作为磁通门探头磁场激励波形的探讨

本文对磁饱和式磷力仪探头的灵敏性提出了一种新的激励方法.用对称的三角波激励可以减小测量线圈输出的二次谐波电压的绝对误差和相对误差,而且克服了磁饱和磁力仪的测量误差随场强增加而高挂增大这一弱点。     

频谱谐波时效在气田橇装设备中的应用研究

橇装设备能够缩短气田建设周期,降低建设成本.介绍了频谱谐波时效技术,分析了其相比热时效的优势,试验了其在橇装设备中的应用,经残余应力检测表明频谱谐波时效对消除撬装设备焊缝应力是有效的.频谱谐波时效处理橇装设备可以避开二次组装,减少工作量,缩短项目工期,节约能耗和安装成本,值得大力推广.     

基于一次谐波的光谱吸收式甲烷气体传感器设计

甲烷气体检测是工业生产、环境监测和科学研究领域中的一个重要研究课题.该文在基于波长调制技术的光谱吸收式光纤气体检测方法的基础上,分析了一次谐波信号的数学模型,提出了一种基于一次谐波设计的光纤甲烷气体传感器的实施方案,设计精确的电流和温度电路控制垂直腔面发射激光器,利用锁相放大器AD630提取一次谐波信号幅度,实现对不同浓度的甲烷气体进行测量.实验结果表明,一次谐波信号幅度与浓度存在着很好的线性关系,分辨率达到20ppm.该系统消除了光源波动的影响,工作稳定,简化了结构,调试简便.     

多级H桥并联变换器的谐波分析

在简要分析多重化变换器和多级H桥并联变换器系统特性的基础上,采用傅里叶分解的方法分析了多级H桥并联变换器消除低次谐波的机理,结果表明9个H桥并联变换器可以消除n=18k±1(k=1,2,3,...)次以外的谐波,具有减少对电网谐波污染的优点.最后,给出了PSPICE仿真和系统实验波形.     

凹球面双发射极超声阵列悬浮能力研究

为了克服传统一维单轴声悬浮装置的悬浮能力较弱的问题,设计了凹球面双发射极超声阵列。首先,分析了驻波悬浮机理,采用COMSOL有限元分析软件对不同阵列凹球面半径进行仿真得到声压分布和最大声压值,确定出最优阵列凹球面半径值,并根据优化结果制作了凹球面双发射极超声阵列装置。然后,建立超声阵列与空气介质中声场的声固耦合模型,仿真分析激励电压区间递增的驻波声场声压分布情况。最后,搭建超声阵列驻波悬浮实验平台对仿真结果进行验证。实验结果表明:当激励电压分别为8、12、16和20V时,悬浮能力分别为27.8、36.2、48.2和65.4mg。与传统一维单轴超声驻波声悬浮装置的悬浮能力对比,在激励电压分别为12、16和20V时,悬浮能力分别增加了30.2%、73.4%和135.3%。凹球面双发射极超声阵列装置能够有效地提高驻波的悬浮能力。     

功率超声激励非线性振动测试装置设计与实验研究

针对超声热成像检测中非线性振动问题,设计了激光探头夹持装置,构建了一套非接触式激测振系统,开展了功率超声激励下变幅杆振动特性响应试验,验证激光测振系统的有效性.在此基础上,开展了功率超声激励下试件振动特性影响试验,重点研究了耦合剂和粗糙度对振动特性的影响.结果表明:耦合剂能增强缺陷生热是因为提高了超声能量的传递效率,增...     

二维磁场激励下磁纳米粒子磁化谐波信息分布

提出了二维磁场激励下磁纳米粒子(MNPs)的谐波分布模型,分析了特征参数对磁化响应谐波分布的影响.首先,基于郎之万顺磁定理构建了二维磁场激励下的MNPs非线性磁化响应谐波分布模型;然后系统研究了平行/垂直磁场激励下的磁化响应谐波信息分布特征,以及MNPs物理特征参数和系统参数对谐波信息分布的影响.结果表明:二维磁场激励下,x轴和y轴上的磁化响应奇次谐波和偶次谐波自然分离,直流磁场对磁化谐波幅值具有调控作用,且存在最值点,可为磁纳米温度计中的高精度谐波提取和优化设计提供依据.     

超声切变波与位错非线性相互作用的研究

本文报导了对金属单晶样品作用小的偏置应力时由于超声切变波与位错相互作用而产生的二次谐波和三次谐波的实验結果。实验中,频率为4.83 MHz的切变波沿高纯度铝单晶的<100>方向传播,而波的偏振方向沿<010>轴。当样品上的偏置外应力增加到3.2×10~6达因/厘米~2时,二次谐波振幅逐渐增加,并达到最大值,而三次谐波振幅不断减小。我们也测量了基波衰减随外应力的变化及二次谐波、三次谐波与基波振幅的关系,对二次谐波随外应力变化的温度效应也作了研究。理论上对实验现象作了解释。     

APF指定次谐波电流无差拍控制策略

针对传感器在信号采集时易受噪声干扰影响检测精度的问题,提出一种基于卡尔曼预测的指定次谐波电流无差拍控制方法.该方法是通过离散傅里叶谐波检测方法检测出电网中指定次谐波含量,建立当前的谐波方程,通过卡尔曼算法预测出下一补偿时刻该次谐波的相位和幅值,从而确定该补偿时刻的指令电流.研究结果表明:卡尔曼算法预测同时可以滤除干扰信号,实现指定次谐波电流的高精度无差拍控制.研究结果突破了传统无差拍控制受噪声干扰的问题,实现了电网中含量较高的5、7次谐波采用单独检测与单独补偿,对提高有源电力滤波器补偿精度具有实际应用价值.     

基于缓冲波导的T(0,1)模态导波激励方法实验研究

缓冲波导是解决超声传感器在高温管道在线检测中失效问题的重要途径。针对已提出的通过在缓冲波导内产生S0模态的Lamb波,并利用缓冲波导与管道的连接耦合,间接激励出T(0,1)模态导波的方法,本文进行了实验研究,设计并研制了用于激励S0模态Lamb波的曲折型线圈电磁超声换能器和用于接收T(0,1)模态导波的周期性永磁铁阵列式电磁超声换能器。结果表明:S0模态的Lamb波通过缓冲波导后能够激励出T(0,1)模态的导波对管道进行检测,从而验证了该方法的有效性,并为该方法的工程应用奠定了基础。