利用PVDF检测金属表面缺陷的实验研究

提出一种利用聚偏二氟乙烯(PVDF)传感器检测激光超声的实验方法.将PVDF薄膜附着在微型柱状刀劈上,钳紧在特制的金属固定块上,引出两个电极,从而实现信号的声电转换.利用Nd:YAG脉冲激光器在金属铝板上激发声表面波,PVDF传感器固定在远场区域接收超声信号,并采用扫描激光线源技术,在线检测金属铝表面的微小缺陷.当激光源扫描至缺陷近场区域时,观察信号的幅度和频率特征,从而可以检测微小缺陷的位置,提取缺陷的有关信息.结果表明信号灵敏度高,适合观察声表面波,并可用于表面缺陷的检测.     

碳纤维复合材料分层缺陷的超声相控阵检测方法

碳纤维复合材料(CFRP)具有相对密度小、比强度和比模量大等优点,被广泛应用于航空航天、汽车等领域。碳纤维复合材料在生产和服役过程中容易产生分层缺陷,将严重影响其力学性能。鉴于此,开展了碳纤维复合材料分层缺陷的超声相控阵检测方法研究。首先,利用超声相控阵检测仪器测量了不同大小和位置的分层缺陷超声A扫描信号;其次,通过设置A扫描信号的闸门,提取闸门内的幅值和深度信息作为表征分层缺陷大小和位置的信号特征;最后,利用提取的幅值和深度信号特征分别构建了分层缺陷的C扫描图像。结果表明,超声相控阵技术对分层缺陷有良好的成像效果,基于深度特征的图像可以准确识别分层缺陷的位置;而基于深度和幅值特征的图像用于识别分层缺陷的轮廓。     

激光超声测量金属材料弹性常数实验与有限元分析

利用激光诱导产生的多种模态超声波的波速反演金属铝板的弹性常数.实验中将脉冲激光聚焦成线源在铝板表面诱导超声波,采用双通道非接触接收表面波的时域信息并测算其速度.在有限元分析中,将激光等效为时间和空间上均满足高斯分布的脉冲载荷,建立热力耦合分析模型对激光诱导超声波的过程进行模拟,提取超声信号的时域信息并计算表面波和纵波速度,利用声弹性方程得到铝的弹性常数.数值结果与理论值相吻合,表明建立的激光超声力学模型能够有效模拟激光诱导超声波的物理过程,为进一步利用激光超声技术研究材料力学性能提供了依据.     

活塞杆摩擦焊接头的超声检测及缺陷二维重构

针对活塞杆摩擦焊接头的未熔合缺陷,采用超声无损检测方法对部件接头进行检测并提取了含噪声的超声回波信号,利用小波降噪法对含噪声缺陷信号进行了降噪处理,通过多位置、多点检测的方法对未熔合缺陷进行了二维轮廓重构.结果表明:1)通过优化小波阈值降噪算法的参数提高了回波信号的信噪比,可以提升检测的有效性与准确性;能实现对缺陷信号...     

用于管道焊缝检测的激光超声系统

针对石油管道焊缝检测中被测样品粗糙,作业环境恶劣等问题,基于光折变晶体内双波混合干涉原理,研制了高频激光超声测振仪,结合激光超声的激励技术,设计了一种可用于检测石油管道表面及内部焊缝缺陷的激光超声检测系统.利用该系统分别对缺陷在表面和内部的管道焊缝试块进行了超声激励和检测实验.实验结果表明,该系统能有效地分析出被测样品表面以及内部缺陷的位置以及相应深度,检测分辨率达到0.01 mm,缺陷位置检测误差控制在2%以内.该检测系统结构紧凑可靠,操作简便,开发的高频激光超声测振仪能工作在管道焊缝检测的常见作业环境(70~75 d B低频环境噪声),具有一定的适用性.     

金属材料内部非金属夹杂超声检测的数值模拟

在金属材料内部夹杂物的超声检测中,如何通过检测获得的回波信号辨识夹杂物的属性和位置,一直是其重点和难点问题.通过建立包含夹杂物缺陷的二维金属板模型,采用有限元数值模拟的方法,对材料内部超声波场进行计算,获得了两种最典型的夹杂物Al2O3和TiN,以及二者在材料内部不同深度时的超声回波信号.研究了夹杂物类型和夹杂物深度对超声回波时域波形以及对界面波、夹杂物缺陷回波和底面回波频谱分布的影响规律.     

基于1.5维谱估计的输油管道腐蚀超声回波信号分析

针对以快速傅里叶变换为代表的常用二阶统计量在处理输油管道腐蚀超声回波信号时经常出现大量误差的问题,详细研究了管道超声回波信号的形成原理,并运用波动理论对回波信号进行特征分析,提出了基于1.5维谱估计的非最小相位系统与非高斯信号处理方法,并对管壁正常位置、出现内壁腐蚀和外壁腐蚀位置分别进行了逐点扫描检测及超声回波信号分析,同时给出了一种特殊的管壁腐蚀临界位置回波信号处理方法.单点检测和多点连续检测实验结果表明,1.5维谱估计算法分析输油管道腐蚀超声回波信号时,能够有效克服快速傅里叶变换算法的弊端,获取的壁厚相对误差在2%以内,C扫描图像能够清晰地显示管道的腐蚀情况,满足输油管道腐蚀剩余壁厚的检测要求.     

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.     

厚铝管中激光激发温度场和瑞利波的模拟

利用有限元方法数值模拟了脉冲激光作用于厚铝管时产生的温升以及由此温升而产生的表面瑞利波的情况。给出了温度随角向的分布曲线,比较了物理参数随温度变化和不随温度变化两种情况下温度场的区别,并进一步得到了近场区域表面波的时域波形。数值结果表明：在考虑材料物理参数随温度变化基础上得到的近场区域的表面声波中显著的波为掠面纵波和瑞利波,与平板中的类似。为热弹条件下管状材料的激光超声无损检测提供了参考。     

手写字符轮廓曲率的特征提取和识别

首先对手写体字符图像进行平滑,同时获取字符的轮廓点.然后提出了一个字符轮廓曲率计算的有效方法,为了利用小波变换对曲率信号进行去噪和平滑,该方法不是直接从轮廓点出发,而是进一步抽样得出新的轮廓点.最后得到了不受字符旋转、平移、大小、位置影响的字符特征,以及相应的识别算法.实验结果表明,它在单一的特征识别方法中优于其他方法.     

基于小波变换的激光超声信号处理

 采用Laser-PVDF实验系统对纳米AlP/SiO₂中激光超声信号进行采集.利用小波的多尺度分解、重构和消噪功能,提取出直达波及其反射回波,测量了时间间隔和纳米AlP/SiO₂的纵波声速.结果证明小波变换的方法能有效地处理复杂激光超声信号.     

超声导波在层状管道结构传播性质的有限元模拟及验证

目的使用有限元分析软件ABAQUS建立层状管道结构模型,克服试验中不能在任意位置设置传感器的弊端,不破坏外包层的前提下实现对结构层的损伤识别和健康监测.方法利用有限元模型能对管道结构任意位置和任意节点的信号进行提取和分析的优势,分析压电超声导波的轴向传播机理.然后制定同等条件的试验室模型,建立试验系统,验证有限元分析的准确性.随后采用试验方法定量分析外包层对结构层的影响.结果试验结果与有限元模型的端部反射波波形图相符合,在非频散区间,试验信号和有限元模拟信号的群速度误差较小.结论有限元模型能够准确地模拟压电超声导波在层状管道结构的传播性质,量化外包层影响后,为后续损伤识别研究奠定了基础.     

激光超声技术下的运动损伤非接触检测方法

为解决运动损伤检测误差大、用时长的问题，提高检测效果，提出激光超声技术的运动损伤非接触检测方法。利用激光超声技术对人体运动损伤区域进行扫描，使用简谐振动方法建立运动损伤传输模型采集Lamb波信号；对采集到的Lamb波信号通过连续小波变换方式进行预处理，抑制传输时的干扰信号；利用多模态融合方法提取Lamb波中不同模态的能量数值作为信号特征值，分析Lamb波信号中不同模态的能量数值，利用移动的时间窗计算模态能量值，将能量数值异常的信号区域转化为反射畸变特征的图像区域，采用Neumann neighbor求解此区域Lamb波信号能量异常值，比较每个像素点与其邻近像素点的能量差异，以确定运动损伤位置成像像素点，完成运动损伤检测。测试结果表明，所提方法能够完成非接触检测不同部位运动损伤，且损伤检测图像的信噪比达到42 dB，检测精度高于95%，检测均方误差值最大值为0.05，检测耗时低于4 s，解决了运动损伤检测误差大，耗时长的问题，提高了运动损伤非接触检测效果，具有可广泛使用的价值。     

页岩各向异性的全光学检测

本文利用全光学方法对不同地区的页岩样本进行各向异性检测.利用激光在页岩等岩石中激发产生超声波,基于激光干涉原理对超声波速进行检测,从而获得页岩层理结构的各向异性分布特点.检测结果表明超声纵波波速与页岩层理结构吻合得很好.超声纵波沿页岩层理面传播时速度最大,垂直页岩层理面传播时速度最小,超声波速关于页岩层理方向以正弦规律对称分布.不同地区的页岩超声波速也不同.全光学检测方法可以实现对页岩层理结构的快速判断,根据在页岩中传播的超声波速可了解页岩的致密度及各向异性强度,对页岩储层的开发具有一定指导意义.     

一种三维光机扫描系统的研究

介绍了一种用于获取焊缝空间位置及几何尺寸信息的光机扫描系统。在扫描器内部用于信号光发射、反射光接收以及信号预处理的旋转工作面上，采取二次光电转换和通讯中的时分复用技术进行信号传输，从而实现了连续无逆转环形扫描。利用周期扫描信号，可得到包含焊缝位置和轮廓特征的二维图象，并可近似计算出扫描器与工件之间的距离。由于具有足够的信息冗余量，并采用简化的数字模板匹配方法进行模式识别，该扫描系统在电弧焊接过程控制中可以用于实时识别各种常规的坡口和接缝，实现对焊缝的横向、高度以及曲率变化的自动跟踪。     

基于LS-SVM的超声导波管道缺陷二维重构

针对当前超声导波检测中的缺陷成像技术难点,提出了基于支持向量机的缺陷轮廓重构方法.通过实验和有限元仿真相结合的方式,获得不同大小缺陷的检测信号.采用最小二乘网络学习算法,选取缺陷回波数据作为支持向量机的输入,缺陷轮廓数据作为输出.建立了缺陷回波到缺陷二维轮廓的非线性映射,实现了缺陷轴向宽度和径向深度的二维轮廓重构,并与径向基神经网络重构效果进行了对比.实验结果表明,该方法速度快、精度高、泛化能力好,是管道超声导波定量化、可视化检测的一种可行方法.     

基于图像处理的数控曲线磨削误差在线检测

提出了一种基于数字图像处理技术的曲线磨削在线检测方法,该方法运用安装在磨床上的电荷耦合器(CCD)摄像机对工件已磨削轮廓进行实时图像采集,并对工件图像进行边缘提取;根据图像中工件轮廓的位置引导工作台按工件实际加工曲线走轨迹,利用工作台的运动轨迹反求工件的实际曲线,从而检测出工件的实际加工曲线.通过将检测曲线与理论轮廓曲线进行比较,得到了工件轮廓上任意点的磨削误差,为曲线磨削的在线补偿提供了必要的依据.实验结果表明:该检测方法较传统的离线检测方法能达到更高的检测精度,且能够对任意复杂的轮廓进行检测.     

一种牙冠预备体三维数字化模型的就位倒凹检测方法

基于三维扫描和逆向工程技术,研究牙冠预备体就位倒凹的检测及量化方法。在教学用标准牙列石膏模型上,对左侧上颌第一磨牙进行全瓷冠牙体预备。用牙颌模型三维激光扫描仪获取牙冠预备体三维点云数据,在交互提取牙冠预备体特征边缘线的基础上建立就位倒凹检测柱面。结果从牙冠预备体三维数字化模型,得到了就位倒凹的量化指标。说明应用逆向工程软件,初步建立了一种牙冠预备体就位倒凹的定量检测方法。     

激光超声技术及其在材料缺陷检测中的应用

概述了激光超声的激发机理和探测方法,并指出光学检测方法的优点与重要性;介绍了声表面波及其在材料缺陷检测中的应用,详细介绍了扫描激光源技术检测材料缺陷的方法;同时指出了激光超声技术在实际应用中的优点和缺点。     

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.