超声导波定量评价长骨骨折状况

采用超声导波评价长骨骨折已成为近年来的研究热点之一,为了定量地评价长骨骨折状况,本文采用二维时域有限差分仿真方法定量分析了超声导波在部分断裂和完全断裂的长骨中的传播情况.结果表明,采用低频窄带高斯包络正弦信号可成功激励出两个低阶导波模式S0和A0,其中A0模式对长骨骨折状况较为敏感.S0和A0模式幅度的比值S0/A0被用于评价长骨骨折程度,S0/A0随裂纹宽度、裂纹深度的增加显著上升.因此超声导波模式转换现象可用于定量表征骨折长骨的裂纹深度和裂纹宽度的变化,对长骨骨折愈合的监测也具有一定意义.     

柱状长骨中的纵向超声导波频散和激发强度

用一个内充水、外覆水层的横向各向同性柱壳模拟长骨,将环状声源置于长骨外流体层中,数值模拟和分析导波的群速度和激发强度,并考察各向异性参数及长骨内半径对导波频散和激发强度的影响.结果表明:当长骨从各向同性变为横向各向同性时,高阶纵向导波的群速度峰值明显增大;当各向异性参数ε减小时,高阶纵向导波的群速度峰值明显减小,且群速度曲线向低频区域移动;当各向异性参数δ减小时,高阶纵向导波的群速度峰值明显增大;当长骨内半径增加,在低频50kHz附近时,最低阶纵向导波L01的群速度明显减小,激发强度明显增强;最低阶和第二阶纵向导波模式可分别用于检测长骨的厚度变化及各向异性特征.     

自由锚杆中超声导波的衰减特征

为了研究自由锚杆中超声导波的衰减规律,分别制作了长度为800mm、900mm、1100mm、1300mm、1500mm、1800衄、2000mm和2500mm的锚杆。采用虚拟综合测试仪、声发射放大系统、R6et直传感探头和计算机,组装了超声导波无损检测系统。利用该系统分别对制作的锚杆进行了系统的导波测试。结果表明：自由锚杆中超声导波振幅呈负指数分布;不同频率的激发导波在测试频率段内（40-100kHz）波包平均振幅的振幅比均在0．7左右,表明频率对导波衰减的影响不大;不同长度锚杆中波包平均振幅的振幅比也在0．7左右,表明锚杆长度对导波衰减的影响也不大;自由锚杆中导波的衰减,除与材料性质有关外,主要来自于设备本身的系统衰减。研究发现,导波振幅比比振幅绝对值更加稳定、可靠,可用来定量地表示导波振幅的衰减情况。     

基于广义S变换的超声多普勒信号瞬时速度提取

多普勒回波信号中瞬时速度的提取对目标的运动状态分析具有重要意义,但由于其非平稳性的限制,一般的分析方法无法提供足够的时频聚焦性能.针对这个问题提出了基于广义S变换的超声多普勒信号瞬时速度提取方法,并进行了计算机仿真和实验验证.在仿真上设定超声波入射一个往复运动的质点得到了多普勒回波信号,在实验上设计了一个往复运动的机械装置,超声探头发射超声波并接收回波信号.通过对回波信号进行广义S变换,提取了信号的瞬时频率,并计算得到瞬时速度.计算机仿真和实验研究表明了广义S变换在超声多普勒信号中运动目标的瞬时速度提取上的有效性.     

病理语音的S变换特征

病理语音具有强烈的非平稳性和突变性特点,较难分析。S变换具有良好的时频分辨率和时频定位能力。该文将S变换与人耳听觉的Mel特性结合,提出一种能够突出发声器官病变的病理语音特征MSCC(Mel S-transform cepstrum coefficients)。在NCSC语料库上,通过与经典语音倒谱特征MFCC(Mel frequency cepstrum coefficients)和当前常用声学特征的对比,表明MSCC特征对语音中动态、快变的病理信息具有更强的刻画能力。此外,选用F-Score方法对特征进行评价和采用粒子群算法进行特征筛选,MSCC表现出了更好的分类性能。可见,MSCC特征可以为临床诊断提供病理语音的高精准分析。     

基于超声导波的管道缺陷量化评估仿真研究

超声导波是近年新兴的无损检测技术,相比超声检测和漏磁检测等传统方法,它可提供大范围、全面高效的检测,因此受到越来越多的关注。在基于超声导波的管道缺陷检测中,普遍采用脉冲回波方法,即根据反射回波信号的分析结果获取缺陷信息,目前此技术已可实现管道缺陷的识别和定位。但由于实际管道缺陷形态不规则,产生的反射回波信号往往很复杂,目前还不能实现管道缺陷的量化检测。本文针对此问题,通过有限元仿真方法研究超声导波与管道缺陷的交互过程,提出利用缺陷前后边界分别产生的两个反射信号进行缺陷轴向尺寸的量化评估方法,并进一步通过有限元仿真验证了结论。     

基于纵向超声导波的管道焊缝缺陷识别研究

为了更有效地识别管道焊缝缺陷,提高焊接管道在使用过程中的安全性,采用数值计算和数值模拟相结合的方式,提出了一种基于纵向超声导波检测管道焊缝缺陷的检测方法,该方法通过观察导波在焊缝缺陷前后的传播特征,以入射波与透射波峰值点之比作为损伤指标,得到损伤指标的变化情况,同时识别出了焊缝缺陷的位置与大小。为了验证文中方法的有效性,利用ANSYS软件建立了含有不同缺陷的焊接管道模型,并模拟了超声导波透过焊缝区域时的传播过程,分析了其传播特性,得到不同损伤参数(厚度和角度)对损伤指标的影响规律。数值算例表明,该方法可以有效地识别出焊缝缺陷的位置并对其进行大小评估,所提出的损伤指标与损伤参数之间具有较好的线性关系。     

核电站管道超声导波检测能力研究

核电站管道具有管道位置复杂、运行周期长以及易出现管道腐蚀减薄现象等特点,而管道腐蚀减薄是威胁安全的重要因素。常规无损检测方法检查管道,逐点扫查式的工作过程导致效率低下,且对于一些高空或者贯穿件等人力不可达管道无法进行有效的检测。该文选用超声导波技术,在试块中加工人工缺陷进行导波检测能力实验;对同规格现场高空管道进行检测,并对现场复杂情况进行总结;选取内部腐蚀严重管段进行导波检测及数据分析。     

基于嵌入式的钢轨超声导波无损检测系统

简单介绍了超声导波的性质、导波传播模式和分析方法以及在无损检测方面的应用。提出设计一款小型基于嵌入式的超声导波无损检测系统,对钢轨中可能出现的裂缝进行探伤。在铁路钢轨的室外恶劣环境下,实现超声导波检测系统的小型化设计。     

基于合成孔径聚焦的超声SH导波成像检测

超声水平剪切(shear horizontal,SH)导波成像检测旨在解决平板检测中检测距离增加时分辨力降低的问题。该文运用合成孔径聚焦原理,构建了16通道超声SH导波成像检测实验系统,通过分析阵列信号时频域特征揭示了声波与缺陷间相互作用的规律,对SH导波合成孔径聚焦成像算法进行了讨论,阐明了导波阵列信号时空域信息合成在聚焦成像中的应用。研究结果表明:合成孔径聚焦可用于超声SH导波成像检测,所成图像能够表征钢板中检测距离2 m以上、尺寸当量大于5 mm的缺陷信息,为深入开展工业在役大尺度结构板材的缺陷成像检测和结构健康监测提供了基础。     

基于超声导波的贮箱绝热结构损伤检测技术研究

针对可重复使用运载器(RLV)中的低温贮箱绝热结构损伤与失效模式,结合绝热结构脱粘的无损检测技术,提出了一种基于超声导波(Lamb波)的绝热结构脱粘检测和监测技术方案。并在温度—载荷联合加载试验中对绝热结构(试片级)进行脱粘检测,通过原理性验证试验效验方案的可行性,为RLV低温贮箱绝热结构设计、性能考核和使用维护提供技术支持。     

基于神经网络的超声导波锚杆剥离缺陷的识别

结合小波包分解技术与神经网络,提出了超声导波检测锚杆剥离缺陷的方法。首先,利用ANSYS-LSDYNA进行了数值模拟,在锚杆的顶端施加扫描激励波,得到了完好和剥离工况下的锚杆动态响应信号,利用小波包分解获得了缺陷参数与小波包能谱之间的关系,以小波包能谱作为输入向量训练适用于锚杆无损检测的神经网络,将剥离状况作为输出,建立了神经网络系统。最后利用混有不同噪声,且未参于训练的导波检测信号验证了神经网络检测的有效性。数值算例表明,该方法对噪声水平小于40%的检测信号,具有较好的识别结果。     

基于广义S变换的沉积旋回分析方法研究

传统时频分析方法(如傅立叶变换、短时傅立叶变换、小波变换、S变换等)的时频分辨性均不佳,在实际应用中受到一些限制,难以满足高精度时频分析要求.广义S变换,引入λ和p两个参数对S变换进行了扩展,其时频分析效果得到较大提高.对广义S变换方法原理进行了深入研究,编写了广义S变换时频分析程序.通过非平稳线性调频信号和4种典型沉积旋回模型分析,证实了广义S变换的可靠性及优越性.最后,将该方法推广到实际地震资料沉积旋回分析中,取得了良好的效果.     

基于LabVIEW的超声导波时间反转信号激励系统

将时间反转信号处理方法运用于超声导波无损检测时,可实现检测能量在缺陷位置的聚焦,从而提高缺陷反射回波信号的分辨率,增强检测效果。本文在LabVIEW环境下设计开发了基于NI PXI 5411信号发生器卡和NI PXI 5112数字示波器卡的时间反转信号激励系统,通过单传感器单独激励时间反转信号后再叠加的方式实现近似时间反转导波检测。实验表明,该激励系统能有效地解决时间反转导波检测过程中的信号激励问题,具有较好的应用价值。     

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.     

基于弧形阵列的板中超声导波成像检测

弧形阵列对其所在圆弧中心的重点区域进行超声导波成像检测,具有比直线阵列成像更高的横向分辨率。该文介绍了板中超声导波弧形阵列成像检测实验系统构成,详细分析了弧形阵列聚焦图像的椭圆簇轨迹特征,结合合成孔径聚焦讨论了其成像原理。该椭圆簇轨迹特征可用以分析、解释、改进图像的横向分辨率。成像实验表明:基于椭圆簇轨迹特征的合成孔径聚焦原理可用于弧形阵列成像检测,适当减小成像采样步距可使图像灰度更加平滑,成像采样距离为导波波长的1/3时成像效果最好;在圆心角小于散射点的声波散射开角时,增大阵元间距和弧形阵列圆心角可显著提高图像横向分辨率。该研究有助于将弧形阵列超声导波成像技术应用于大尺度板结构无损检测。     

多模态超声导波管道检测技术的研究

目前管道检测技术尚难实现大面积、长距离和复杂状态管道的早期裂纹快速检测。而多模态超声导波管道检测技术,利用超声导波,基于小波分析、遗传算法和随机理论,研究激励的方法、信号的采集、分析和管道状态判别的理论和技术,可以实现这一目标。     

压力管道超声导波检测技术应用研究

介绍了超声导波检测技术的工作原理,通过比较实验室模拟管道和现场压力管道的检测结果,提出实际检测中需重点解决的技术问题。     

基于S变换的自适应降噪方法

简要介绍S变换后的时频特征,提出一种新的基于S变换的自适应信号降噪方法.利用于S变换高质量的时频分布,在时频平面中设计自适应时频滤波器,用于非平稳信号中信号分量的提取,展示该方法在信号噪声抑噪和提高信噪比方面取得了满意的效果.在信号模型的仿真试验与齿轮箱的齿轮故障诊断中,显示该方法在信号提取和压制噪声的效果,且滤波后信噪比有较大提高.结果表明,该方法可以有效提取故障齿轮的故障特征,消除虚假成分的影响,从而提高齿轮故障诊断的准确性.