一种啤酒酵母浓度在线检测仪

基于超声原理的啤酒发酵过程酵母浓度在线检测仪,由超声波发生器、发射和接收超声换能器、温度传感器、放大器、鉴相器、A/D转换器和微机系统等组成.仪器根据超声波在发酵液中的传播速度与酵母浓度和温度之间的相互关系,实现酵母浓度的在线检测,所用超声波换能器的中心频率为5.6MHz,文中给出了传感器的温度补偿经验算式,为提高测量精度和消除温度等的影响,实际测量时使用了两个测量传感器,并采用了相位差测量技术,测量精度优于千分之二.

基于PVDF梳状换能器的零群速度Lamb波层合板损伤检测的数值研究

为提高层合板损伤检测的准确性与灵敏度,基于聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)梳状换能器激发的零群速度(zero group velocity,ZGV)Lamb波,提出了一种层合板损伤的检测方法。采用二维时域有限元方法,研究了PVDF梳状换能器对零群速度Lamb波的激励,通过改变层合板中铝层杨氏模量来表征不同的损伤程度,分析了PVDF梳状换能器电压响应特性与层合板损伤程度之间的关系。结果表明:采用PVDF梳状换能器能够有效激励零群速度Lamb波,并获得层合板内部的状态信息。随着损伤程度的增加,PVDF梳状换能器响应的零群速度共振峰频域幅值随着铝层杨氏模量的减小而显著减少,进而灵敏地评价层合板损伤变化。研究结果说明优化设计的PVDF梳状换能器在零群速度Lamb波的激发与接收性能上都具有优越性,能够有效检测层合板损伤情况。

用于ZGV Lamb波检测的PVDF梳状换能器及性能研究

能够准确激励与响应零群速度(ZGV)Lamb波的换能器是ZGV Lamb波检测应用的重要支撑。现有用于ZGV Lamb波检测的换能器存在信号弱、信噪比低等问题,为此,本文设计了一种柔性好、灵敏度高的聚偏二氟乙烯(PVDF)梳状换能器,并研究了换能器对ZGV Lamb波的激发响应性能。首先,分析了梳状换能器的工作特性,根据薄铝板的ZGV模式设计制作了PVDF梳状换能器;其次,在不同中心频率的脉冲信号下通过PVDF梳状换能器激发ZGV Lamb波,并与PVDF方形电极换能器做了性能对比实验;最后,分析了PVDF梳状换能器电压响应特性与附着层厚度之间的关系。实验结果表明,设计制作的PVDF梳状换能器能够精准的激励与响应ZGV Lamb波,其响应信号的ZGV频域幅值相对大小随着附着层厚度的增加显著减小。

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。

粘接界面的非线性弹簧模型及实验验证

研究了纵波及横波垂直入射时在粘接界面处的非线性边界条件。在二阶微扰近似及粘接界面层厚度远小于入射声波长的条件下,给出了严格的界面非线性弹簧模型的表达式。数值计算结果表明,利用该模型得到的透射二次谐波与利用连续性边界条件得到的精确解吻合良好。针对钢(铝)的楔形粘接结构,在纵波垂直入射的条件下对该非线性弹簧模型进行了实验验证。实际测量结果显示该模型具有较高的精度;且被粘物与胶层的阻抗比越大,该模型的误差越小。

管间界面特性对周向超声导波传播特性的影响

采用界面弹簧模型对圆管结构的管间界面特性进行描述,推导出含弱界面的圆管结构中声波沿周向传播时的位移场及应力场的数学表达式.在此基础上采用导波的模式展开分析方法,给出了与管间界面特性及激励源密切相关的周向超声导波模式展开系数的解析表达式.数值分析了管间界面特性的变化对周向超声导波的频散和声场产生的影响.理论与数值分析结果表明,通过选择适当的驱动频率及周向导波模式,可使周向超声导波的相速度及圆管外表面的位移场随管间界面特性的变化表现出非常敏感且单调的性质.这一结果有助于采用周向超声导波方法准确定征圆管结构的管间界面特性.

基于群速度失配的超声兰姆波二次谐波的时域测量方法

考虑到发射和接收换能器对超声兰姆波时域二次谐波信号所带来的不可避免的影响,提出一种基于基频与二倍频兰姆波群速度失配的超声兰姆波二次谐波的时域测量方法。当基频与二倍频超声兰姆波的相速度匹配而群速度失配时,在超声兰姆波传播过程中所发生的二次谐波信号,在时域上可与源于斜劈换能器的二次谐波信号相分离。采用仅源自于基频兰姆波的时域二次谐波的积分振幅,定量描述兰姆波二次谐波的发生效率。以铝板中传播的兰姆波为例,给出了时域二次谐波的具体测量过程。本文提出的测量方法放宽了超声兰姆波二次谐波的测量条件,且扣除了换能器对二次谐波信号所带来的影响,所测得的二次谐波信号完全来自于基频兰姆波时域信号的二次谐波发生效应。

电磁超声换能器激发超声兰姆波的模式展开分析

提出一种用于研究电磁超声换能器(EM.AT)激发超声兰姆波的模式展开分析方法。从EMAT曲折线圈的电流分布出发,推导出铝板表面洛伦兹切向应力的形式解;对其进行空间傅里叶变换,得到激发超声兰姆波的表面驱动应力之波数谱密度。在此基础上采用导波激发的模式展开分析方法,推导出与EMAT线圈的几何参数密切相关的兰姆波模式展开系数的数学表达式,为严格分析EMAT的兰姆波激发问题奠定了理论基础。数值分析结果表明,通过改变EMAT线圈的几何参数,可对兰姆波的模式展开系数进行适当调整,从而实现有效抑制不需要兰姆波模式的目的,这一结果为采用EMAT激发纯度高的单一兰姆波模式提供了理论依据。

一种高精度微量体液密度声传感器的研制

提出了一种用于微量体液密度测量的超声波传感器结构，并对其进行了理论分析和初步实验，结果表明：这种传感器结构与传统的体液密度传感器相比，具有测量精度高、所需试样少、响应快等特点，具有广泛的应用价值。

圆管结构中周向导波非线性效应的模式展开分析

在二阶微扰近似条件下,采用导波模式展开分析方法研究了圆管结构中周向导波的非线性效应.伴随基频周向导波传播所发生的二次谐波,可视为由一系列二倍频周向导波模式叠加而成.从动量定理出发,结合柱坐标系下非线性应力张量及其散度的数学表达式,针对圆管中某一基频周向导波模式,推导出相应的二倍频应力张量及二倍频彻体驱动力的数学表达式,建立了确定二倍频周向导波模式展开系数的控制方程,得到了伴随基频周向导波传播所发生的二次谐波声场的形式解.理论分析和数值计算表明,当构成二次谐波声场的某一二倍频周向导波模式与基频周向导波的相速度匹配时,该二倍频周向导波模式的位移振幅表现出随传播周向角积累增长的性质;当两者的相速度失配时,二倍频周向导波的振幅随传播周向角表现出"拍"效应.

压电晶体-液体-固体声波导中叉指换能器对导波的激发研究

本文对压电晶体－液体－各向同性固体结构的声波导中叉指换能器所激发的导波进行了理论 研究和数值分析，给出了导波的相速度、叉指换能器激发导波的机电耦合系数与液体层归一化厚度、 晶体取向之间的关系曲线。同时，还探讨了声波导中的位移场和电势场分布。

无损评价固体板材疲劳损伤的非线性超声兰姆波方法

从理论上分析了采用非线性超声兰姆波方法准确评价固体板材疲劳损伤的可行性。对于未承受周期性载荷作用的航空铝板,采用已建立的超声兰姆波实验系统测量了在其中传播的超声兰姆波的基波和二次谐波的幅频曲线,并对所测得结果给予了合理的物理解释。对两块给定的航空铝板试件施加拉-拉疲劳载荷作用,在超声兰姆波具有强烈非线性效应的条件下,对于不同的载荷循环次数,分别对两试件中超声兰姆波的基波和二次谐波的幅频曲线进行了测量。结果表明,在板材疲劳损伤的初期,超声兰姆波基波的应力波因子随循环次数的改变并不明显,且与循环次数的对应关系也不确定;然而,在周期性载荷作用的最初阶段,超声兰姆波二次谐波的应力波因子随循环次数的变化非常显著,并表现出明显的单调对应关系,表明超声兰姆波的非线性效应及相应的超声兰姆波二次谐波的应力波因子,可望能为固体板材早期疲劳损伤的准确评价提供一条有效途径。

EMAT激发超声兰姆波的模式展开分析

0前言因超声兰姆波的多模和频散特性,使其在激励、接收和模式识别等方面存在较大的复杂性[1]。本文提出一种研究电磁超声换能器(EMAT)激发超声兰姆波的模式展开分析方法。从EMAT曲折线圈的电流分布出发,推导出铝板表面洛伦兹切向应力的形式解;对其进行空间傅立叶变换,得到激发超声兰姆波的表面应力之波数谱密度。在此基础上采用导波的模式展开分析方法。

共振干涉法声速测定中声强减损的讨论

介绍了在共振干涉声速测定中 ,随接收探头和发射探头的距离增加 ,声强 (能流密度 )减小的规律和机制 。

复合圆管界面特性对周向超声导波二次谐波发生效应的影响分析

研究了复合圆管的管间界面特性对周向超声导波二次谐波发生效应所产生的影响.在二阶微扰近似条件下,将周向超声导波传播过程中的非线性效应视为其线性波动响应的一个二阶微扰.采用界面弹簧模型对复合圆管的管间界面特性进行描述.根据导波的模式展开分析方法,伴随基频周向超声导波传播所发生的二次谐波可视为由一系列二倍频周向导波模式叠加而成.管间界面特性的变化可从多个方面对二倍频周向导波模式的展开系数及声场产生影响,尤其是界面特性的变化所引起的周向超声导波相速度的改变,将显著地影响到二次谐波随传播周向角的积累增长程度.理论及数值分析结果表明,周向超声导波的二次谐波发生效应随管间界面特性的改变而发生非常敏感的变化,可将其用于准确定征复合圆管的管间界面性质.

利用声体波反射效应的液体密度声传感器

研究了一种新型的液体密度声传感器，其结构为压电基片－液体层－各向同性固体板。在特定取向压电基片的背离液体层的表面上有两个叉指换能器，选择恰当的叉指换能器激励频率，可得到较强的声体波响应。叉指换能器激励的声体波在传感器对应的层状结构中来回反射，液体层密度的变化，将从输出叉指换能器的相位或群延时中得到反映。实验结果表明，对于蒸馏水溶液，当其密度相对变化为１０－６时能予以分辨。

固体板中SH板波非线性效应的实验观察

采用微扰近似和导波的模式展开分析方法,从理论上简要分析了SH板波的二次谐波发生效应;尽管在无限大固体介质中单个切变波的二次谐波发生效应非常微弱,但在一定条件下由两个切变波构成的SH板波可具有强烈的非线性效应;本文的主要工作就是对此结论加以实验验证。试制了激发SH板波的切变波斜劈换能器和接收二次谐波信号的液体斜劈换能器,建立了非线性SH板波的实验研究系统;通过详细的理论分析和对比实验研究,阐明了在一定条件下实验观察到的显著二次谐波信号来源于SH板波传播过程中的强烈非线性效应。此外,针对不同的SH板波传播距离,在远场条件下分别测量了相应的二次谐波幅频曲线;在基频SH板波与二倍频对称兰姆波相速度相等所对应的频率值附近,分析了二次谐波的振幅随传播距离的变化关系,结果证明在一定条件下SH板波的二次谐波振幅可随传播距离积累增长,即SH板波可具有强烈的非线性效应。

微裂纹扩展的非共线超声混频定位研究

金属结构在早期服役过程中易出现微小裂纹,对早期微小裂纹扩展方向的检测与跟踪对避免结构失效而导致的突发性灾难具有重要的现实意义。基于非共线超声混频方法,开展金属材料微裂纹扩展的定位与表征研究。研究中选择两列横波相互作用产生混频纵波的非共线混频模式,通过实验测量验证了其混频效应和信号的传播性。选用铝合金7075-T6中预制的垂直和倾斜微裂纹为研究对象,提取每个测量点的超声混频非线性参数并进行归一化处理绘制成扫查成像图,从而表征微裂纹的长度与扩展方向。最后,将扫查成像图与光学显微镜的金相观察结果进行对比分析。研究表明,超声混频方法能够有效定位和跟踪铝合金材料中不同扩展方向的微裂纹,可为金属结构中微裂纹扩展提供检测方法。

兰姆波切向特性理论研究

在兰姆波的激发过程中 ,一般采用的是各向异性的压电晶体。其不同切向激发出的兰姆波就有不同的特性。文章在兰姆波波动方程的基础上 ,分析研究晶体切向与兰姆波特性之间的关系 ,从中得出两者之间的关系 。

IDT在YZ-LiNbO_3基片上的体声波激励研究

具有广泛应用前景的声板波液体密度传感器采用了叉指换能器（ＩＤＴ）在基片上的体声波（ＢＡＷ）激励效应。文章针对常见的ＹＺ－ＬｉＮｂＯ３基片，研究了ＩＤＴ激励ＢＡＷ的响应与激励频率之间的关系。压电基片表面的ＩＤＴ激励的ＢＡＷ在基片内来回反射，选择恰当的ＩＤＴ激励频率，可得到极大的ＢＡＷ响应。实验结果和理论分析表明，ＢＡＷ的极大响应与发射接收ＩＤＴ的间距、基片厚度和激励频率有确定关系。