钢轨非接触式无损检测技术数值模拟研究

文中针对现有钢轨检测技术不足的问题,提出了基于空气耦合导波的钢轨非接触式无损检测方法,建立了可模拟空气耦合导波激励与接收全过程的声固耦合仿真模型,并基于声学理论对仿真模型进行了验证。首先,通过该数值模型模拟分析了轨底不同损伤程度对接收导波信号的影响;然后,考虑空气耦合导波受高强度随机白噪声的影响,提出了基于激励信号中心频率小波系数的损伤评估方法。结果表明：根据Snell定律及声学理论,钢轨空气耦合导波检测的最优激励角与接收角为6.6°;钢轨空气耦合接收导波具有波形稳定、能量集中及抗干扰能力强的特点;无论损伤程度大小及所处空间位置如何,接收到声压时域信号波包中心到达时间均基本一致;不同损伤程度对应损伤指数范围有明显差异;基于激励信号中心频率的小波系数法简单可行,准确度高,适用于已知窄带导波信号的损伤信息提取,在接收信号受噪声污染严重的情况下仍能够有效识别出钢轨损伤;基于空气耦合导波进行钢轨损伤识别具有可行性。     

直线及L型GIS模型电磁波传播特性研究

为了对GIS中局部放电的特高频电磁波信号的传播特性进行更深入的理解,使用FDTD算法对直线及L型GIS模型进行了仿真计算.对仿真信号进行时域和频域分析,对比了直线型和L型结构对电磁波传播的影响,研究了不同角度接收到的信号的差异.研究结果表明,对于直线型GIS,在腔体中相对激励源0°和180°的信号峰峰值呈衰减分布,总能量呈振荡平稳分布,而90°的信号峰峰值和总能量则呈平稳分布.对于L型GIS,由于L型结构的影响,经过L型结构后,在相对激励源0°和180°方向上信号能量和幅值会衰减70%左右,而在90°方向上会衰减50%左右,不同角度接收到的信号含有不同的电磁波模式.     

铁磁性导体材料平板远场涡流探伤技术分析

介绍了平板远场涡流检测系统的基本结构和基本检测原理.根据检测时系统中磁力线和能量的分布特点,提出了能量凹陷区的概念.利用电磁数值仿真技术,给出了远场涡流检测中导体板无缺陷和有缺陷时,感应线圈处对检测信号起主要作用的方向的磁通密度分布变化特点.对比分析了板中不同深度和不同半径平底孔缺陷对感应线圈处磁通密度分布的不同影响.分析结果表明,因缺陷引起的空间磁通密度分布曲面形状与缺陷形状间有较直观的对应关系.最后,给出了实际平板远场涡流检测实验中,铁板上下表面存在不同尺寸平底孔缺陷时的远场检测信号曲线,显示出缺陷的半径、深度及位置对检测信号的不同影响.
     

零群速度特征导波在焊缝损伤评估中的应用

通过数值模拟方法研究了零群速度特征导波(zero-group-velocity feature guided waves, ZGV-FGWs)在焊缝损伤检测中的应用。建立了焊缝结构的二维频域有限元模型,损伤程度用不同的杨氏模量表征,验证了焊缝结构中的共振现象并确定了能量集中在焊缝特征区附近时的共振频率。利用三维时域有限元方法确定了ZGV-FGWs共振模式的存在,并分析了不同杨氏模量焊缝的ZGV-FGWs传播特性。结果表明：随着材料杨氏模量的减小,ZGV-FGWs频谱信号幅值显著单调减小,且ZGV-FGWs频谱信号幅值的变化趋势与激励信号的频谱曲线吻合。基于此特性可以设置合适的激励信号,获得幅值变化更强的ZGV-FGWs频谱信号,进而准确评价焊缝的损伤状态。     

基于三摄像系统的苹果缺陷快速判别

水果缺陷识别一直是计算机视觉水果实时分级中的研究热点,文中提出一种基于三摄像系统的逻辑判别缺陷的新方法．首先利用三摄像系统获取苹果在三个连续不同位置的9幅图像,然后对图像进行去背景、滤噪等预处理操作,再对图像进行缺陷的分割并加以标记,接着根据分割标记后的可疑区个数,对苹果缺陷的有无进行逻辑判别,即当这9幅图像中只要有一幅图像被分割出两个以上的可疑区,则判断该苹果有缺陷．试验结果表明,缺陷识别精度达到89．4％,另外由于该方法避免了缺陷和果梗或果萼直接识别,处理速度和正确率都得到了很大的提高,能够满足在线5—10个／秒的检测速度要求．     

强迫掺气两相流的谱特征分析

利用掺气坎在水中强迫掺气形成水气两相流,其压力脉动属于平稳,各态历经随机过程。水气两相流对泄槽底部冲击所产生的压力幅值谱基本符合高斯分布,最大脉压幅值在冲击点附近,其后很快衰减,约在（１０～１５）倍坎高范围内降至无坎时的幅值。在频谱中具有较明显的优势频率,模型中其值约为１．２４Ｈｚ。脉动能量主要集中在低频段,其优势频带约在０～１８Ｈｚ,除优势频率外,水气两相流的频域相干性较差,相干系数均在０．５以下,这与单一流体的相干结构大为不同。     

钢管混凝土质量超声波无损检测技术研究

钢管混凝土的质量缺陷对其整体受力影响较大,超声波无损检测技术可在不破坏钢管混凝土构件的前提下对其材料均匀性、缺陷大小、密实度、强度等进行检测且精度高,可靠性强.结合钢管混凝土超声波无损检测的基本原理,建立了钢管混凝土空洞估算模型、内部裂缝估算模型、小缺陷估算模型、剥离和空洞缺陷估算模型,通过对"声时"或"声速"的变化、接收信号能量衰减、信号频率变化、信号波形变化等进行分析,对钢管内混凝土超声波无损检测技术进行了论述,并结合工程实践应用验证了超声波无损检测技术在工程中具有十分重要的应用价值.     

参数化S谱幅值调制及轴承故障诊断应用

针对传统谱幅值调制方法易受噪声影响的问题,利用参数化S变换得到信号在时频域中的幅值,提出了一种参数化S谱幅值调制方法。该方法首先使用参数化S变换将信号转换到时频域并得到幅值和相位,然后将不同权重赋予时频域中的幅值以改变不同能量频率成分在信号中的占比,最后将调制后的幅值与原相位结合,使用参数化S逆变换重构一系列修正信号并计算其平方包络谱以提取故障特征。仿真和实验结果表明,该方法获得的幅值信息相比传统谱幅值调制方法更加准确和全面,对强噪声环境更具鲁棒性,能够有效实现滚动轴承的外圈、内圈和复合故障诊断。将所提方法与传统谱幅值调制方法和快速谱峭度方法进行对比,证明了参数化S谱幅值调制既能检测强噪声环境下的轴承故障信息,又能同时提取多种故障分量,在滚动轴承的故障特征提取中更具优越性。     

基于小波尺度-能量的钢绞线张拉力识别研究

目的研究预应力钢绞线长期服役后剩余应力水平,开展无损检测方法评估剩余应力.方法以工程中常用的钢绞线为研究对象,进行钢绞线逐级加载实验与超声导波实验,对端面传感器与侧面传感器采集到的导波信号进行小波分析与多尺度分析;定义不同拉力状况下能量特征向量E_j之间的差值为L_(WE),能量Shannon熵特征向量S_j之间的差值为L_(WES),并以该值作为钢绞线张拉力识别指标.结果随着张拉力的增大,实测导波信号幅值降低,其频谱图幅值也降低,能量分布发生了改变;不同张拉力下,小波能量在尺度上分布有相似的规律,其峰值随张拉力的增大而下降;识别指标L_(WE)和L_(WES)随张拉力变化显著,线性规律强,可靠性系数R~2均在0.94以上,传感器布置策略对其影响较小.结论构建的识别指标均能识别出钢绞线张拉力的变化,与小波尺度-能量Shannon熵图相比,小波尺度-能量图更能清晰地观察到能量随张拉力的变化趋势,基于小波能量的识别指标L_(WE)敏感系数K值更大,可靠性越高,识别效果更佳.     

钻柱中声传播的影响因素

采用有限差分方法研究钻井液黏滞阻尼、地层阻尼系数及弹性系数、钻杆数量及钻铤的存在对钻柱中通带声波传播特性的影响,分析声波时域及频域分布。结果表明:钻井液黏滞阻尼影响声波在钻柱中传输的时域分布,但对声信号幅值及频域分布影响较小;地层阻尼系数影响大振幅声信号幅值及小振幅声信号分布,地层阻尼系数越大,大振幅声信号振幅略有减小,地层阻尼系数越小,小振幅声信号振动增多,振动杂乱;地层弹性系数影响声信号振动幅值,地层弹性系数越大,声信号幅值越大;钻杆数量影响声波的时域分布,钻杆数量越多,接收到的声信号幅值越小;在不考虑衰减的情况下,钻铤不影响声波的传播特性;钻柱结构对载波频率的选择起主要作用,其他因素及钻柱结构对中继装置的分布有影响。     

超声内检测含缺陷管道壁厚确定方法

超声内检测器检测含缺陷管道时,回波信号高度敏感于探头与管道的空间相对方位,是影响管壁厚度检测精度的关键影响因素之一。利用自主研制的A扫描超声内检测实验装置,针对DN219×7.48 mm、Q235碳钢外壁含体积型缺陷管道,开展超声探头与被测管道分别在正对状态和存在轴向错位、环向错位以及两种错位共存4种状态下的超声检测实验,获得了不同空间姿态下的回波信号。分析了回波信号的时域波形特征,基于提取的时域特征参数,建立了管道壁厚计算过渡方式,并确定了壁厚计算方法。发现能确定含缺陷管段壁厚的错位范围比确定无缺陷管段壁厚的错位范围小;轴向错位对信号中缺陷底面回波特征的影响比环向错位大。结果表明:提出的含缺陷管道壁厚计算方法能准确确定管道壁厚,计算壁厚与实际壁厚最大误差小于5%,说明检测精度满足工程需要。     

灌注桩超声脉冲检测法和判据的研究

本文论述了钴孔灌注桩超声脉中检测法的原理、仪器和方法.分析了当超声脉冲穿过缺陷区时其传播时间、幅值(或衰减)以及接收信号波形所呈现的变化.提出了基于"声时—深度"曲线的缺陷定量判据.即声时差值与斜率乘积判据.该判据能估算缺陷的性质和大小.而且,若将该判据与"幅值—深度"曲线综合运用,则可提高检测和判断结果的精度.     

基于连续小波互谱的宽带Chirp信号DOA估计

提出一种时频域宽带源波达方向（DOA）估计算法．该算法通过计算参考阵元和其他阵元的连续小波互谱，构造出一种新的时频域数据向量模型，并利用Chirp信号的局部窄带特性，在信号的主要能量聚集区选择时频点构造时频相关矩阵代替传统的阵列相关矩阵，进行特征分解实现信号的DOA估计．该方法同时在空域和时频域进行处理，充分利用了时频分布的能量聚集性，实现了非平稳信号时频域的分离，仿真结果验证了新方法的有效性．     

胶合板加载损伤的声发射信号小波包特征提取

为识别胶合板的不同损伤类型,将小波包时频分析与能量谱相结合,提出基于时频和频段能量占比的胶合板损伤声发射信号特征提取方法。结果表明:3层胶合板表板断裂信号以膨胀波和弯曲波模式并举,频谱较宽,能量主要集中在小波能量谱的第1、2、3、4和7频段;5层胶合板表板断裂信号频率单一,幅值较高,以膨胀波为主;整板断裂主要以弯曲波模式为主,频率较低,能量多集中于第1、2频段;脱胶和3层板整板断裂信号波形为膨胀波和弯曲波混合型,弯曲波为主,能量多集中于第1、2、3、4频段。实验表明,频谱、小波包时频、小波包能量谱联合分析,能够识别各种加载破坏形式对应的声发射信号特征。     

基于正弦模型的语音识别时频特征

为改善语音识别系统的性能,采用时频分布参数来描述语音特征。由于时频分布参数考虑到语音信号内在的非平稳特性,因此能够更准确地描述语音信号的时频特性。对基于正弦模型的多种时频参数(能量谱和幅度加权瞬时频谱)进行了比较,并在基于隐马尔可夫模型的连接词语音识别系统中进行了实验仿真。结果表明,单独采用时频分布参数作为ASR的前端特征并不能改善识别率;而采用标准ASR特征和能量谱时频特征的联合前端特征,可以有效地改善语音识别系统的识别效果。     

Gabor滤波器在带钢表面缺陷检测中的应用

利用Gabor滤波器具有频率选择和方向选择的特性,将其应用在带钢表面缺陷检测系统中,不但能够去除噪声,而且能够把缺陷的纹理特征完整地保留下来.引入评价函数使缺陷图像和无缺陷图像的能量响应差别最大化,以确定最佳滤波器参数.基于最优的阈值函数得到二值化图像,并应用形态学分析方法去除二值图像上小的噪声,得到分割后的缺陷图像.实验结果验证了该方法的有效性.     

超声波法探测混凝土内部缺陷原理及应用

超声波法是混凝土无损检测的主要方法之一。它通过测量超声脉冲波在混凝土中的传播速度、首波幅度和接收信号主频率等声学参数,并根据这些参数及其相对变化,判定混凝土中的缺陷情况（如混凝土内部空洞和不密实区的位置和范围、裂缝深度、表面损伤层厚度、不同时间浇筑的混凝土结合面质量、灌注桩和钢管混凝土等缺陷）。本文应用超声波对测法对北京某立交桥墩缺陷状况进行检测,准确得到异常点分布区域并确定混凝土不密实区域的空间位置。     

利用Radon-Wigner变换的LFM信号检测性能分析

针对线性调频(LFM)信号的检测问题,通过利用LFM信号在时频平面上的能量聚集特性,采用Radon-Wigner变换(RWT)实现了LFM信号的检测,并对其检测性能进行了分析,得到了噪声背景下RWT输出的信噪比,进一步推导了高斯白噪声下的检测概率.仿真实验证明了这种方法的有效性,且在低信噪比环境下有着较好的检测性能.     

复合材料粘接质量定量评价研究

研究了复合材料粘接质量定量评价问题.首先介绍了有关复合材料的超声无损检测方法;分析了检测回波信号的特征,并提取了能够反映粘接质量的两个特征值;然后介绍了概率神经网络,并设计了基于该神经网络的复合材料粘接质量分类算法,并且根据实验获取的数据,对所设计的神经网络的性能进行了测试.最后通过实验证明,该算法对于粘接质量定量识别的准确度比较高.     

应用于超声测距的小波变换滤波算法

有效的滤波算法是提高超声测距精度的关键之一。小波变换具有时频联合分析的能力,采样点处的各级小波系数反映了其频率成分的分布情况。该文提出了一种基于小波变换的超声回波滤波算法。对原始数据进行离散二进小波变换,然后将各点的小波系数同理想回波信号的小波系数进行相关运算,利用得到的相关系数区分噪声和回波所在区段,然后对噪声的小波系数进行收缩处理,从而实现滤波。利用该算法对自制的超声测距装置采集到的回波数据进行了滤波处理。结果表明:其滤波效果要优于经典的小波阈值法,信号信噪比提高了6～9dB,数据中混有的大幅值噪声得到了有效抑制。