腐蚀钢管损伤特性的声发射试验研究

钢管腐蚀损伤的主要表现为萌生裂纹、钢管产生局部皱曲。对钢管的损伤程度进行有效评估的方法之一是找出裂纹萌生的规律。本试验的研究对象为直径700 mm、壁厚5 mm、高260 mm的Q235钢管试件,采用声发射技术对腐蚀后的钢管试件进行轴压实时检测。通过建立声学参数(累计振铃数和幅度值)与钢管试件损伤程度的关系,得到钢管腐蚀损伤后产生的裂纹扩展规律和起裂荷载值。通过分析加载点位移与声学参数的关系曲线呈现出不同变化特征,检测出钢管损伤的一般位置和测定起裂荷载的确切数值p。试验结果为进一步研究钢管试件损伤机理提供了一定依据。

一种新型窖藏警报用机械发声装置的开发与性能分析

蜂鸣器作为警示类电子元器件,存在音量小、维修困难、使用场合少等缺点。研究了一种新型警报用机械发声装置,主要由电机、鸣轮、定轮、顶盖以及调节鸣轮和定轮之间间隙的支撑架组成。该装置以压缩空气作为声源,依赖空气振动发声。在电机高速旋转时会带动鸣轮压缩周围的空气,然后将压缩空气源源不断地挤向定轮上密集的音窗。转动时,空气从侧面和上方的进风口进入鸣轮。空气高速高压向定轮的音窗同时挤出而产生共鸣。采用2通道,48000 Hz的采样频率和16位深度麦克风开展性能测试,收集新型机械装置发声并通过数据采集系统及Friture软件进行声音波形的分析。测试结果表明,在电压平稳后,该装置在低频可以发出频率为1000~2500 Hz,输出声压级约80 dB的警报声音,具有穿透性和较好的响度级,装置在平稳运行时音量波动小且稳定。

超声波焊接仪器原理研究及实现

超声波技术在工业焊接领域应用广泛,而目前的超声波发生器由于逆变电路、高频变压器的设计局限性,大部分无法匹配不同型号的换能器。为了解决这一问题,研究了超声波发生器主体结构及工作原理,设计了一套由单端反激式逆变电路、高频变压器、串联匹配网络构成的超声波发生器。完成了逆变电路、开关管及高频变压器的设计,并在考虑了谐振、滤波等因素后选择了具有滤波作用及良好变阻性的L-C匹配网络。经过对匹配网络原理的分析,给出了各组匹配网络中元件的理论数据。对整体电路参数模型进行了仿真测试及实物整机实验测试,证明了此设计可以匹配多频段的超声波换能器并可长时间保持稳定的工作状态。

基于压电骨传导原理的助眠装置设计研究

通过分析骨传导助眠音频信号作用机理,利用差拍技术,研究开发了基于压电陶瓷晶片材料进行叠堆产生骨传导助眠声波压电振子核心器件,并结合辅助睡眠音乐设计了助眠装置;利用ANSYS软件对压电陶瓷晶片进行模态仿真分析,选择出适合的参数,进行了实验测试,达到了预期效果。

管道导波时反聚焦检测系统的设计与实现

在分析管道中超声导波时反聚焦原理的基础上,设计并实现了一套适合激励压电换能器阵列,并对管道中超声导波能量在缺陷处进行时间-空间聚焦的时反聚焦检测系统。该系统实现的关键技术为:改进DDS(direct digital synthesis)结构,实现脉冲激励电路对时反特征信号进行合成发射;采用脉冲方式,实现小体积大输出功率的宽带线性功放电路;通过时反聚焦检测过程,实现管道中超声导波能量在缺陷处的时间-空间聚焦。采用该系统进行八通道时反聚焦检测实验,其结果表明,对于所用的含缺陷的管道而言,在特定的检测条件下,缺陷回波信号的幅值相对常规检测可提高246%,并且很好地抑制了导波的频散和多模态特性,提高了回波信号的信噪比。

周期性轴对称凹槽结构隔声特性数值模拟

提出一种在钻铤上切割周期性轴对称凹槽方式构建隔声体,消除钻铤模式波的方法.结果表明,其隔声效果与凹槽深度H、长度L、凹槽数目N、凹槽截面形状以及钻铤壁厚有关.选择矩形截面凹槽、减小钻铤壁厚、增加凹槽深度都可有效提高隔声体的隔声效果,该结构最高可获得约36 dB的声衰减,基本满足随钻声波测井仪器对隔声效果要求.

压缩感知声源定位方法研究

目前声源定位主要采用波束形成算法与麦克风阵列相结合的方法。常规波束形成(Conventional beamforming,CBF)方法存在以下缺陷:1空间分辨率受限于瑞利限;2动态响应范围受旁瓣的影响。高级波束形成算法则存在着计算时间过长、会出现负声源或假声源等缺陷。提出一种基于麦克风阵列与压缩感知正交匹配追踪(Orthogonal matching pursuit,OMP)算法的声源定位方法。在不同频率下通过数值仿真方法将压缩感知OMP算法与CBF算法及压缩感知基追踪(Basis pursuit,BP)算法的声源定位结果进行对比。结果表明:1与CBF算法相比,压缩感知算法显著提高定位结果的分辨率;2当声源频率为1 000 Hz时,测量矩阵的等距约束性常数(Restricted isometry constant,RIC)远高于FOUCART边界限,不满足等距约束性条件(Restricted isometry property,RIP),压缩感知OMP算法仍能定位出主要声源的位置,而压缩感知BP算法无法对主要声源进行定位。通过数值仿真方法对不同信噪比(Signal to noise ratio,SNR)及不同声源间距下压缩感知OMP算法和CBF算法声源定位的结果进行对比。结果表明:1当SNR为零时,压缩感知OMP算法能对主要的声源信号进行定位,而CBF算法无法对主要声源进行定位;2在声源频率为5 000 Hz时,OMP算法的空间分辨率为0.074 m,突破了瑞利限约束。通过试验对所提出的声源定位方法的可行性进行验证。

基于迭代和插值算法的二维温度场重建

采用声学传感器和温度传感器相配合得到温度和声学数据,利用迭代和二维插值的原理对离散点进行分析,进而重建二维温度场,数值仿真结果证明该方法是可行的。

光纤麦克风传感探头的设计研究

提出了一种新型反射式光纤麦克风的理论设计 ,首次采用了Y形单根多模反射式光纤传感探头结构的形式 ,并在对光纤传感探头的理论研究基础上建立数学模型 ,给出了接收光纤接收光强的计算公式以及光强调制的理论曲线。另外 ,从理论和实验两个方面设计了实验型光纤麦克风并给出系统设计的整体结构框图。

超声导波虚拟相控聚焦方法研究

虚拟相控聚焦方法是一种新型的超声导波聚焦方法。针对现有时间反转聚焦方法与相控聚焦方法所需的多通道同步激励-接收设备研发难度大且成本高的现状,采用实验室现有单通道设备,利用多次激励-接收所采集的多组数据通过信号处理方法等效出多通道同步设备精确控制激励延迟所产生的相控聚焦效果。通过该方法与时间反转聚焦方法的聚焦效果有限元仿真与实验对比表明,该方法在现有实验设备基础之上,将缺陷回波幅度放大了2倍之多,获得了和时间反转聚焦方法相差不大的聚焦效果,同时,对检测区域进行成像,实现了缺陷的二维定位。

HY1200系列声速剖面仪及其应用

介绍了采用声学直接测量方法进行声速测量的声速剖面仪原理 ,声速仪标定的必要性、标定原理和方法 ,以及系统组成和指标。探讨了声速偏差与深度误差的关系 ,使用声速仪对测深仪进行了声速改正的试验。

多极子阵列声波成像测井技术研究

多极子阵列声波成像测井已经成为测井中主要方法之一,在地层评价与油气田开发中有重要作用。在已有理论与数值模拟的基础上,经过近十年的技术攻关,我们已经在多极阵列声波成像仪器制造、测试与数值处理等主要关键技术方面都取得了长足的进展,具体包括高温正交偶极子发射换能、高温低频单极子换能器、声系测试、多极子阵列声波测井高温电路及仪器集成、资料处理及解释等主要方面。所研制的仪器及资料处理方法,经过与国外同类仪器的测井结果进行了对比分析,验证了所研发的仪器的可靠性和处理方法的正确性,这些关键技术为我国声学测井仪器装备技术研发和快速发展打下了基础,提供了技术支撑。

多普勒超声频谱图像信息提取方法研究

心脑血管血流动力学研究对阐明心脑血管的病因以及诊治均起到一定的指导作用,因此血流信号的采集和分析是十分重要的。多普勒超声是目前能够无创、简便、有效提供心脑血管血流动力学资料的最新技术,为此,设计了一套采集系统,将多普勒超声频谱图像提取出来,通过对打印机输出数据格式的分析研究,将其转换为人们熟悉的图形文件格式,再利用计算机图像处理技术,获取血流信号的时间序列数据,使得获取的数据适合各种非线性分析要求。实际算例表明,该系统可靠,能够比较准确地获取血流信号的时间序列数据,为心脑血管疾病的进一步研究提供帮助。

超声波技术在核电厂给水流量测量中的应用

为了解决差压式流量计在主给水流量测量中存在的问题,将超声波技术应用到主给水流量测量中。开展了主给水流量精度对于核电厂反应堆热功率计算及其不确定度影响的分析,总结了国内外核电厂通过提高主给水流量测量精度的方式进行核电厂小幅度功率提升的研究成果和实践经验。分析了国内在建的AP1000核电厂中,通过采用超声波流量计进行主给水流量测量以及进行小幅度功率提升项目的意义、可行性、需要开展的工作以及实施该项目潜在的收益和风险。研究结果表明,基于超声波技术完成主给水流量测量,可以实现AP1000核电厂的小幅度功率提升,同时可以使核电厂更加安全、稳定和有效地运行。

光纤麦克风的理论和实验研究

一种新型的反射式光纤麦克风 ,它利用反射式光纤传感探头实现声音对光的外调制。本文从理论和实验两方面研究了反射式光纤麦克风的可行性 ,并对研制的光纤麦克风系统进行了测试。利用成像原理得出了反射式光纤麦克风的光强度调制函数 ,根据薄膜振动理论得到了弹性膜片的固有频率和基频 ,Y型光纤耦合器的使用大大简化了传感器探头的结构。通过实验实现了光纤麦克风系统的预期功能。

基于二维声子晶体的大尺寸夹心式换能器的优化设计

夹心式换能器应用极为广泛,但当其横向尺寸过大时,存在耦合振动,影响其辐射面的位移分布.本文通过在大尺寸夹心式换能器的前盖板中加工周期排列的槽,来形成一种二维声子晶体结构.随后,采用有限元法对基于二维声子晶体的大尺寸夹心式换能器的振动传输特性、共振频率以及发射电压响应进行仿真模拟,讨论了开槽高度和开槽宽度对其带隙、共振与反共振频率、带宽以及辐射面位移分布的影响.研究结果表明,通过在大尺寸夹心式换能器中应用声子晶体结构可对其进行优化设计.当大尺寸夹心式换能器的工作频率位于其带隙范围内时,二维声子晶体结构能有效地抑制其横向振动,从而改善换能器辐射面位移分布的均匀程度.此外,在大尺寸夹心式换能器的前盖板中加工二维声子晶体结构,能有效提升换能器的带宽,进而拓宽大尺寸夹心式换能器的工作频带.

光纤声传感器特性的实验研究

光纤传声器是一种由探头和光纤组合成的Y型声传感器,这种传感器在完成声光转换的同时对声频信号进行了滤波处理,可用在强电磁干扰等一些特殊的环境中。本文对研制的实验型光纤声传感器系统的响应特性进行了测试。当固定光源为50mA,输入信号200mV的正弦波,频率为1kHz时,探测到的信号波形与输入信号波形完全吻合;然后,保持输入信号的电压幅值不变,频率从1kHz开始分别测量传声器的高频响应和低频响应,发现传声器响应特性比较好,但低频响应特性不如高频响应特性理想,分析原因并给出设计更好的实验型光纤传声器的解决办法。

三相切向结构永磁电动机电感参数解析计算

提出一种基于基本气隙磁场计算凸极同步电动机电感参数的解析计算法,该方法比使用传统气隙磁导法更方便。在介绍凸极同步电机基本气隙磁场概念及基本气隙磁密的求取的基础上,以一台三相7.5 kW切向式永磁推进电动机为算例,给出了基于基本气隙磁场的永磁电动机电感参数解析计算步骤,推导了电感参数解析计算公式。利用解析计算的参数进行性能仿真与试验所测的结果较好吻合,验证了该方法的有效性和准确性。

时间反转导波激励板卡的设计及实现

为解决时反导波的激励问题,设计并实现了一种适合激励压电换能器产生时反导波的高电压激励板卡.在时反激励板卡的设计过程中,采用交互式状态机实现时反特征信号的快速合成,采用运放电路实现功率输出级电路的驱动,采用差分结构实现高压时反导波输出电路,以保证在实际检测过程中该激励板卡能根据检测要求快速生成所需要的高压时反导波.实际检测结果表明,该激励板卡不仅能驱动压电换能器产生用于常规超声导波检测所需要的窄带高压激励脉冲,还能产生时反检测所需要的高压时反导波.

数字式声发射检测仪的设计

介绍了新型数字式声发射检测仪。该仪器采用快速A/D转换芯片及DSP芯片、FPGA技术,有别于模拟式声发射检测仪。给出了仪器的硬件、软件实现方法,并介绍了可应用的场合。