基于激光超声技术的产品成型耦合控制方法

将激光超声波脉冲应用在材料成型中,提高产品的成型稳定性,提出基于激光超声技术的产品成型耦合控制方法。根据脉冲激光激发的超声波热力学及光谱偏移特性,构建激光超声在材料试件上的二维热传导模型,根据产品成型弹性体内的瞬态位移场分布特性,建立激光热力学耦合控制模型。测试结果表明,设计系统的产品成型检测的覆盖面较大,材料缺陷定位误差平均为3.61%,产品成型的裂缝条数最多为12条,平均成型精度为99.42%。

激光超声波的检测方法研究进展(特邀)

超声波检测方法是激光超声无损技术的重要环节。首先,基于激光超声缺陷检测技术,对超声信号的接收方案进行综合阐述,介绍了压电换能器、电容微机械换能器、电磁换能器、空气耦合器检测超声的优劣点和研究难点,同时指出了它们的发展方向。其次,分析了利用纯光学手段进行激光超声检测的方法,其分为以外差干涉、F-P干涉、双波混合干涉、激光多普勒测振为代表的干涉检测法和包括刀片法、气体耦合激光声学、泵浦-探针在内的非干涉检测法。最后展望了激光超声检测技术可视化和智能化研究前景。

The application of laser reflective tomography in near-field measurements of ultrasonic transducers

With Laser Reflective Tomography（LRT）,the near fields of ultrasonic transducers were measured and analyzed.The principle of LRT measurement of ultrasonic field distribution was introduced and an experimental system was set up.Acoustic pressure of a multiple element piston transducer was measured by using of a laser vibrometer.Its distribution in amplitude and phase was obtained.The acoustic pressure in the same region was measured with a needle hydrophone to validate the LRT method.Furthermore,through reconstruction of acoustic fields,it indicated that LRT method is suitable for predicting the distribution on transducers＇surface and conditions of active elements.

薄型层压复合材料的大视场激光超声检测研究

层压复合材料由两层或多层同种或异种材料叠压形成,因其优异的力学性能被广泛应用于航空、航天和航海等领域。然而在生产和使用阶段,层间易产生脱黏和分层等缺陷,极大影响构件的稳定性。目前,常用的接触式超声检测法存在盲区大、视场小、伪影多、需水耦合等局限性。结合激光超声与空耦超声的优点,搭建一套由八阵元250 kHz空耦超声换能器组成的非接触激光超声检测系统,对厚度分别为0.8 mm金属–碳纤维和0.3 mm金属–金属的薄型层压复合材料进行检测。系统不仅能清晰显示出样品内部的多个脱黏缺陷,还成功识别出由黏结层的压痕和气泡形成的微空洞缺陷,成像视场和信噪比分别高达220 mm和35 dB,并在与高频相控阵检测和X射线检测对比中展现出优异的成像对比度、分辨率和灵敏度。试验结果表明,开发的大视场空耦激光超声检测系统在大尺寸层压复合材料方面具有广阔的应用前景。

超快激光制备高频1-3型PIN-PMN-PT复合材料超声换能器

与其他压电材料相比,1-3型压电单晶复合材料具有优异的压电性能和更匹配的声学特性,更有利于制备出性能优异的超声换能器。该文通过有限元软件COMSOL对复合材料的振动模态及阻抗特性进行了系统的研究,同时采用皮秒激光制备了高频1-3型Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_(3)-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)(PIN-PMN-PT)铁电单晶/环氧树脂复合材料,并进行了性能表征。该1-3复合材料机电耦合系数为0.65,声阻抗为19.96 MRayls。该复合材料可用于制备高频超声换能器,结果表明,换能器中心频率为17.68 MHz,-6 dB带宽为84.38%,插入损耗为-25.4 dB。

瞬态表面温度传感器的校准技术研究

本文介绍了一个用来对瞬态表面温度传感器进行校准的测试系统 ,其中连续 CO2 激光器和Nd玻璃脉冲激光器作为激励源分别用于对传感器的静态和动态校准。利用本系统对一些快速响应热电偶进行了校准 。

轮对几何参数及缺陷激光自动测量方法

提出一种新的轮对几何参数及缺陷测量原理,在测量机构上部安装5套平行四边形机构和多个激光位移传感器,采用通过式测量方式,在轮对行走时实现对轮对踏面任意点直径、轮缘厚度、踏面磨耗及擦伤、轮辋厚等几何参数的自动测量,改变现有需要测量平台和轮对支撑与旋转机构的测量技术。介绍测量系统误差自动修正方法,提供了测量系统在现场安装试验结果。

激光空泡溃灭辐射声波声谱特性研究

为了对高功率激光与液体物质作用时产生的激光泡溃灭辐射声波的声谱特性进行实验研究,采用压电陶瓷水听器测量了不同情况下的激光泡溃灭声波,对采集的信号经过傅里叶变换后得到相应的声谱进行谱分析。结果表明,激光泡半径大小对应着不同的声波频率,泡半径大的,声波频率较低。这一结果对空化噪声的理论与应用研究是有帮助的。

基于平行四边形机构的车轮几何参数自动测量方法的研究

提出了一种新的车轮几何参数的自动测量原理。利用平行四边形机构的平动特性,在测量框架上部安装多套平行四边形机构和相对应的激光位移传感器,实现车轮在车间内行走时,对其踏面任意点直径、轮缘厚度、踏面磨耗及擦伤、轮辋宽等几何参数的自动测量。采用通过式测量方式,改变了已有旋转测量方式需要测量平台和轮对支撑与旋转机构的局面。介绍了主要参数的测量原理和测量系统误差的自动修正方法,给出了测量系统现场试验结果。

激光在瞬态表面温度传感器的动态校准系统中的应用研究

瞬态表面温度传感器动态校准系统利用脉冲激光使热源表面产生温升，通过被校传感器和红外探测器同时对此热源测量结果的对比来校准温度传感器的动态响应。本文介绍了激光在瞬态表面温度传感器动态核准系统中的应用原理、系统组成和实验结果。实验表明，脉冲激光作为热源用于该校准系统是可行的。

CCD位移传感器结构参量计算方法

推导了 CCD位移传感器的计算公式 ,给出了一种位移传感器结构参量的数值逼近计算方法 ,实验结果表明 ,利用该方法确定 CCD位移传感器的结构参量 。

基于激光测振仪的兰姆波离面和面内位移检测

激励模态和频响特性是超声导波传感器性能评估的两个重要指标,而传统的传感器,如压电传感器和电磁声传感器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)等,受自身带宽和模态选择性的影响,无法有效地实现这两个参数的评估。激光测振仪可以测量结构中弹性波原始的离面和面内位移,且测量不受带宽的限制,因而是进行超声导波传感器激励模态测定和频响特性测量的理想方法之一。采用此种方法对一种周向一致激励兰姆波的EMAT进行测试,结果表明,此传感器在150～210 kHz的范围内能激励产生出单一S0模态兰姆波,在50～150 kHz范围内,A0模态与S0模态共存。利用激光测振仪检测离面和面内位移的方法,是进行传感器评估和兰姆波接收的有效方法,在超声导波的非接触测量、高温波导体检测及弹性波传播3D可视化方面也有广阔的应用前景。

轮对几何参数动态测量系统

研制的轮对几何参数动态在线测量系统主要由触发系统、轨边测量系统和室内信号采集与处理系统3部分组成。采用4套平行四边形机构和对应的涡流位移传感器,低速条件下实现车轮踏面磨耗与擦伤深度的动态定量测量;采用双激光位移传感器,直接测量车轮滚动过程中踏面到对应激光传感器的距离变化,通过计算得到车轮踏面直径;采用6个激光位移传感器,并通过这些传感器的组合测量,动态得到轮缘厚、轮辋宽和轮对内测距等尺寸。经过现场安装测试,验证了测量方案的可行性,实现了对车轮直径、踏面圆周磨耗及擦伤、轮缘厚度、轮辋宽度和轮对内测距的动态测量。

双联光声传感器和差分池在液体光声检测中的应用

利用双联传感器得到光声信号的叠加作用,可提高光声检测灵敏度或扣除溶液背景吸收。以亚硝基R盐测定钴为例,得到最低检测浓度为0.3ng/mL,相当于4.25×10^(-5)的吸收。

采用激光供能方法的光纤电流互感器

研制了一种新型的电流互感器,高压端采用Rogowski线圈作为电流传感头。传感头输出信号经A/D转换器变成数字量后编码成曼彻斯特码,由塑料光纤发送到低压端,用激光供能的方法为高压端的电子器件提供能源。低压端用D/A转换器恢复母线电流信号。该方法克服了传统电磁式电流互感器的固有缺点,也解决了直接从电力母线获得高压端电子器件工作能量的方法所带来的死区问题,加快了电子式电流互感器的实用化进程。

金属中激光超声信号的频谱分析

利用ＹＡＧ脉冲激光器在金属中诱导光击穿，从而产生超声脉冲。分别用５ＭＨｚ，１．２５ＭＨｚ的压电换能器接收光声信号，然后对其频谱进行分析，证明在光击穿的条件下，光声信号是一个含有多种频率的复频信号，其频谱的主峰出现在０～１００ｋＨｚ之间。

低频功率超声换能器辐射声场的激光干涉检测

基于媒质的压光效应，它的折射率。是声压的函数，于是利用激光干涉技术及理论上或实验上得到的声压相对分布，可以绝对测定声场中光路上各点的声压．本文对激光干涉测量声压的原理、方法作简单介绍，给出了单面活塞辐射源中场的声压分布的理论表达式，对一增幅杆超声换能器辐射声场中的声压进行了激光干涉实验测定，并与用 ＰＶＤＦ换能器实测的声压分布及声压值进行比较．

一种新的改善激光声信号特性的方法

为了改善激光声信号的特性,设计了激光声换能器。对换能器的设计原理和结构进行了说明。构建了激光声实验系统,利用脉冲激光分别在自由场和换能器内部聚焦击穿水介质产生声信号,由水听器将声信号转换成电信号并送入数字存储示波器。对两种条件下产生的激光声信号特性进行了比较。结果表明:同自由场产生的激光声信号相比,利用换能器产生的激光声信号特性有了一定程度的改善。其中,信号峰值幅度提高了3倍,能量向60kHz以下频段集中,1m处发散角压缩到13.2°,衰减速度变慢。

汽车不解体油耗分析仪检测方法研究

首先对不解体油耗检测的技术进行了研究,通过对激光和超声波检测技术的理论研究及二者的优缺点的比较,得出了适合于不解体油耗检测的技术——超声波检测技术。之后,从检测的实际情况出发,通过对超声波传感器的理论研究,得出了适合于小管径微流量不解体油耗检测的超声波传感器选用方案,同时经过实验验证提出适合于不解体油耗分析的超声波检测方法——时差法。最后通过对超声波传感器的误差分析,得到了误差修正曲线及数学模型。

热超声封装高频换能器的动力学优化设计

为提高热超声封装效率、降低封装温度,研究了高频超声换能器的动力学优化设计.基于一维振动和波动理论,建立了换能器的解析模型,得到了压电振子、指数形聚能器和劈刀的波动方程.借助有限元分析软件ANSYS参数化建模,分别对压电振子和聚能器进行优化设计.考虑材料、形状和尺寸对其振动特性的影响,得到了换能器最优模型.通过阻抗分析仪和多普勒激光测振仪对换能器进行电谐振和机械谐振测试.实验结果表明,该换能器在其工作频率附近不存在非纵振模态和其它寄生的振动形式,从而方便了超声信号发生器设计.