基于波包分解的主动Lamb波结构损伤监测方法

主动Lamb波结构健康监测研究中,监测信号的质量易受到环境参数变化以及人为操作误差的影响。在分析Lamb波传播特性以及主动Lamb波结构损伤监测技术原理基础上,研究采用波包分解方法获取Lamb波损伤散射信号。通过相关运算,从损伤结构响应信号中分离出健康响应信号部分,实现损伤散射信号的获取。给出了方法的基本原理和实现过程。结合时间反转损伤成像监测方法,在真实环氧玻璃纤维复合材料板结构上进行了实验验证,并与传统损伤散射信号获取方法进行了对比。实验结果表明,该方法能够较好的消除环境参数变化等误差对监测信号带来的影响,具有较好的实用性。     

基于波包能量的裂纹扩展监测实验研究

采用主动Lamb波监测技术对铝板结构中的疲劳裂纹扩展进行了实验研究.首先通过布置在结构中的压电片激发并采集Lamb波信号.然后分别把Lamb波信号的原始信号、信号包络及其特定尺度上的小波系数模值定义为波包,并建立了不同定义下波包能量的计算公式.将结构在裂纹扩展过程中传感器所接收的Lamb波So模式波包能量与健康状态下所得到的波包能量进行对比,得到每个裂纹扩展阶段的能量差,将其归一化后得到相应的裂纹损伤特征参数.最后通过实验分析得到该损伤特征参数与裂纹扩展程度之间的对应关系,从而揭示出Lamb波随裂纹扩展的变化规律.实验结果表明,利用上述方法所得到的裂纹损伤特征参数随裂纹扩展表现出特定的变化规律.该规律对于裂纹监测的进一步研究具有促进作用.     

波包分解技术在合成孔径聚焦成像中的应用

在各种无损检测方法中,超声回波法是探测钢筋混凝土结构最有潜力的方法之一.为了增加探测范围,一般使用比较低的超声频率进行探测,但是在对混凝土内部成像时,各种干扰信号的出现造成了低信噪比.合成孔径聚焦技术（SAFT）能够对反射信号进行有效聚焦,提高图像分辨力.由于激励波形频率低,时宽大,反射波包在聚焦过程中会产生很大的变形,影响了探测分辨力.因此引入了波包分解技术,能够将反射波包整体进行聚焦运算,克服了波包变形问题,能够更有效聚焦,提高混凝土探测成像的分辨力.此外,由于参与SAFT运算的点大量减少,可以提高成像运算速度.利用仿真实验对这种方法进行了验证,结果表明,这一方法的成像目标定位能力大大增强,能够获得更好的成像效果.     

红外热成像系统温度漂移补偿算法研究

针对红外焦平面阵列(infrared focal plane arrays, IRFPA)响应输出易受到环境温度变化的影响,且长时间工作后易发生温度漂移,导致红外热成像系统测温误差大,为此提出了一种红外热成像系统温度漂移补偿算法。该算法建立了红外焦平面阵列响应输出随环境温度变化的补偿模型,利用该模型对IRFPA每个像素响应输出值进行逐一修正。将该补偿算法加入红外热成像系统中,进行红外目标的温度显示实验。实验结果表明,该算法能够有效减少环境温度变化引起的测温误差,提高红外热成像系统的测温精度。     

补偿法在物理学中的应用

介绍了补偿法的基本概念和基本原理,指出补偿法是一种重要的思想方法,在解决物理问题和物理实验中有非常重要的作用。物理学中常见的有温度补偿法、质量补偿法、电压补偿法、光程补偿法等。通过具体实例说明了补偿法在力学、电磁学、光学中的应用。论证了通过设法修补不对称问题假设,让破缺的系统通过补偿修补后重新达到平衡的对称关系,因此能够直接运用相关定理、公式进行处理,并且在系统加入平衡指示器的时候,可以大大降低系统误差,提高测量精度,使测量结果更精确。     

异质滚合结构固化变形预测及曲面重构预补偿方法

异质材料结构兼具成本和性能优势,是新一代车身门盖件轻量化的重要手段.但板材物理特性差异和胶材料属性的复杂变化,易导致结构固化失配变形.为消除结构变形,提出变形预测与曲面重构预补偿方法.构建循环温度载荷下的热-化学-结构耦合场预测模型,考虑折边胶在全固化周期内材料特性转变的影响,包括固化度、化学缩变和应力松弛.以典型铝/钢薄板曲边滚合结构为研究对象,仿真分析多物理场固化过程,对铝合金外板变形量进行预测,并利用非接触式数字图像相关法测量实验进行验证.对固化变形进行几何补偿,对比分析约束方向、连线方向和法线方向补偿的效率,并实验验证方法的可靠性.研究表明：与传统黏弹性模型相比,构建的多物理场耦合模型能够更准确地反映异质滚合结构高温固化变形;基于非均匀有理B样条曲面重构的几何补偿法能够有效降低结构固化变形;法线方向补偿法的效率更高.研究结果为新一代异质车身门盖件制造精度的提升和工艺优化提供了重要参考.     

碳纤维层合板Lamb波损伤检测的加权块稀疏成像法

针对Lamb波稀疏阵列损伤成像方法中存在的成像分辨率低、伪点干扰大的问题,基于损伤在被测结构中的稀疏先验,提出了一种加权块稀疏重构的Lamb波损伤成像方法。首先通过Lamb波在薄板类结构中的线性传播模型,结合稀疏传感器阵列信息,构造过完备Lamb波散射的块稀疏字典;其次将测量得到的Lamb波散射信号在所构建的过完备字典下进行稀疏表示,将Lamb波损伤成像问题转化为加权l_1范数最小化的凸优化问题;最后通过谱梯度投影法,求解所建立的加权块稀疏凸优化模型,得到损伤散射信号在该字典下的稀疏表示系数并以此作为损伤指标,实现对被测结构的损伤成像。碳纤维层合板上的模拟损伤成像结果表明:所提方法在单损伤成像中的定位误差为3.16 mm,在双损伤成像中的最大定位误差为4.24 mm。实验验证了所提方法的有效性,与传统延迟叠加成像法的对比表明,所得损伤成像结果具有更高的分辨率,更小的伪点干扰,但同时也需要更大的计算量。     

光纤法-珀腔声传感器温度特性研究

利用低精细度法-珀干涉原理,建立了光纤法-珀腔声传感器的温度数学模型,包括干涉光谱随温度变化的关系和声传感器输出信号随温度变化的关系.利用建立的温度数学模型,并通过仿真分析和实验验证,分析了影响光纤法-珀腔声传感器温度特性的关键-材料的热膨胀系数差异.提出复合光纤插芯结构,获得较大的热膨胀系数,以补偿腔长的变化,从而使光纤法-珀腔声传感器具有良好温度适应性.对采用复合光纤插芯的光纤法-珀腔声传感器进行了测试,测试结果表明,在-20~+40℃温度范围内,该传感器具有良好的温度适应性.      

正交法设计分析制膜条件对纤维素膜力学性能的影响

选择气隙高度、凝固浴温度、拉伸速度3种工艺参数作为研究对象,并设计3因素4水平的正交实验来分析制膜条件对纤维素膜力学性能的影响.通过结果分析得出:影响纤维素膜力学性能的主要因素为凝固浴温度,其次为拉伸速度以及气隙高度.最优的制膜条件为:气隙高度32,mm,凝固浴温度20,℃、拉伸速度500,mm/min.最优组合所得纤维素膜拉伸强度为13.68,MPa、断裂伸长率为79.37%.对最优组合、正交表中综合评分最高值与最低值3种试样进行结晶度与断面结构的对比,结晶度分别为63.27%、72.7%、54.74%,在膜断面结构方面,最优组合膜较另外两者呈现出更均匀且致密的断面结构.     

射频消融下的超声温度成像的可靠性评估

探讨超声温度成像中回波时移图像和背向散射能量(CBE)图像的可靠性。准备四块猪肝作为样本,利用射频消融系统加热3 min,并在组织样本的正前方放置红外成像仪,作为温度成像的参考,观看其回波时移图像和CBE成像,以此来评估两种超声成像方法在可靠性。实验结果表明超声回波时移图像仅当温度在45℃温度以下时,才可准确反映消融区域,CBE图像在整个加热过程中一直表现良好的优势,比超回波时移图像稳定性更好,可以作为描述温度分布场的参考工具。     

相似模拟实验中光纤光栅传感测试的温度补偿

为了提高光纤光栅的测试水平,研究了相似模拟实验中光纤光栅传感测试的温度补偿方法。采用了不受力温度补偿法。将温度补偿光栅埋设于模型外的相似材料模块中。模型开采过程中模块仅感受温度的变化,不受任何外力;模型内的测试光栅同时感受温度和应变的变化。实验表明,在外界温度变化的情况下,温度的影响作用明显,因此,剔除温度的影响很有必要。使用不受力法可以消除温度的影响,解决了相似模拟实验中光栅测试的交叉敏感问题,提高了测试的精度。     

静水压下热损伤大理岩动态拉伸特性研究

处于高温高地应力等复杂地质环境下的深部围岩,可能遭受爆破、地震等动态荷载影响,在岩石工程开挖区附近多导致张拉破坏,因此,研究热损伤岩石在不同地应力条件下的动态拉伸特性,在深部岩石工程中具有重要意义.选取均质细粒房山大理岩,利用自主研发的多功能分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,进行4种温度(25℃、250℃、450℃、700℃)损伤梯度下,4种静水压环境(0 MPa、5 MPa、10 MPa和20 MPa)下,房山大理岩巴西圆盘试样动态加载试验.研究结果表明:①随着温度的增加,房山大理岩内部微裂纹增多,矿物成分由CaMg(CO3)2向CaCO3和Mg O转变,密度和波速均随着损伤温度的增加而逐渐降低;②静水压条件下试样拉伸应力曲线呈现为双峰特征,这主要是由于侧向围压的存在抑制了试样的劈裂,使试样拉伸破坏后继续承载造成的;③在固定围压环境下,各温度梯度下热损伤大理岩的动态拉伸强度均具有明显的率相关性;同时动态拉伸强度随着温度的升高而明显降低;④在固定温度下,围压的存在明显提高了房山大理岩动态拉伸强度,但拉伸强度的增幅随着围压的增加而减弱.此外,当试样的热处理温度超过450℃后,动态拉伸强度的围压效应小于25℃和250℃热处理情况.这可能与高温处理后的岩石在高围压状态下发生了脆性向延性转变有关.     

等势点温度补偿法在电化学传感器中的应用

溶液中的温度变化会引起测试溶液中的离子自由移动的剧烈程度发生改变,这会使得电化学传感器采集的电压值发生改变。如果不进行温度补偿,就会影响离子浓度的检测准确度。该文根据等势点的原理建立一个适合电化学传感器的统一温度补偿模型。实验分析表明,该温度补偿法可以有效解决温度变化对电化学传感器地影响。     

基于振动信号降噪的钢板件损伤定位

为了实现汽车船舶等行业中钢板件的结构健康监测,针对冲击、碰撞损伤发生时的振动信号,提出了一种结合小波包阈值降噪(WPT)和集合经验模态分解(EEMD)降噪的方法来提高损伤源的定位精度。首先,设计了动态环境下钢板件的冲击损伤试验系统并进行实验方案设计,采集了损伤时刻数据;其次,通过对损伤信号进行WPT-EEMD降噪有效提高信噪比,并利用阈值检测获得信号到达各传感器的时间;最后,基于延时叠加算法,完成了钢板件中损伤区域的定位成像。实验结果表明,该方法可在动态环境下有效定位出钢板件上冲击损伤发生的位置,为解决动态无损监测问题提供了思路。     

相似模拟实验中光纤光栅传感测试的温度补偿

为了提高光纤光栅的测试水平，研究了相似模拟实验中光纤光栅传感测试的温度补偿方法。采用了不受力温度补偿法。将温度补偿光栅埋设于模型外的相似材料模块中。模型开采过程中模块仅感受温度的变化，不受任何外力；模型内的测试光栅同时感受温度和应变的变化。实验表明，在外界温度变化的情况下，温度的影响作用明显，因此，剔除温度的影响很有必要。使用不受力法可以消除温度的影响，解决了相似模拟实验中光栅测试的交叉敏感问题，提高了测试的精度。     

弱磁场激励下基于阵列磁传感器的缺陷检测方法

研究在弱磁场激励条件下,铁磁性材料试件16MnR在动载荷拉伸实验中的损伤检测问题。 基于巨磁阻芯片设计了新型阵列磁传感器,搭建了铁磁构件磁信号检测系统;对不同载荷循环阶段的试件表面磁信号进行了拾取,并利用小波变换有效地抑制了噪声干扰。 最后,对降噪后的磁信号进行C扫描成像,实现了弱磁场激励下试件损伤发展过程的磁信号成像显示。 该结果可为铁磁性试件疲劳损伤的在位检测提供一种新型检测方法。      

光纤光栅温度补偿实验研究

分析了光纤布拉格光栅对温度和应变传感的响应机制,对光纤布拉格光栅传感中的应变和温度交叉敏感问题进行了讨论,在此基础上提出了采用参考光栅实现光纤布拉格光栅应变传感时的温度补偿的基本原理和方法,并通过实验进行了验证。理论和实验均证明,与其他温度补偿方法相比,笔者提出的参考光栅温度补偿法原理简单,补偿效果好。     

扫描电子声显微镜对生物样品的成像研究

介绍了利用扫描电子声显微镜对多种生物材料进行的各种成像实验及其结果.为了显示亚表面深层结构,利用扫描电子声信号的不同分量进行成像实验.利用不同相位的电子声信号的x分量和y分量成像,对小鼠的心脏组织、肝组织、人的角膜组织等进行了成像实验,得到了各种组织的亚表面分层结构像.通过光热技术测得生物材料的热扩散长度近似值,估算出了分层成像各层的大致深度.最后,对电子束照射引起的损伤区域,利用扫描电子声显微镜和扫描电子显微镜进行对比实验,结果表明,利用扫描电子声显微镜技术可以看到扫描电子显微镜看不到的损伤区域.     

钢制试件拉伸断裂及疲劳开裂声发射特征分析

设计钢制试件拉伸断裂和疲劳开裂两种损伤过程的声发射监测试验,对采集到的声发射信号进行参数分析,结合红外热成像检测结果,研究声发射信号特征参数与试验过程中试件力学行为之间的相关性.研究结果表明:拉伸断裂和疲劳开裂过程中试件声发射信号的能量、振铃计数、幅值等声发射信号特征参数能够很好地表征试件损伤过程的力学性能演化规律;试件出现损伤时所发出的声发射信号能量幅值主要分布在65～80 dB;声发射技术用于工程结构的健康监测是可行和有效的.     

抑制局部放电混合干扰的浮阈值量化算法

由于局部放电(PD)信号与含有的混合干扰(白噪和窄带)在能量分布频段上存在明显差异,根据小波包变换各节点分解系数能够有效反映被分析信号能量变化的特点,建立一种以反映PD信号分解系数中噪声能量为判据的浮阈值量化算法,使得最优基下各节点阈值随相应节点分解系数中信号噪声强度的变化而变化,自适应地决定各节点最佳阈值选择,以实现对PD信号分解系数更精细划分。通过对含有混合干扰的仿真与实测PD信号的小波包最优分解,分别用传统全局阈值量化算法与笔者建立的浮阈值量化算法进行了干扰抑制效果的对比,结果表明：后者具有更强的抑制混合干扰的能力,且混合干扰抑制前后PD信号波形相似度更高。