Love型槽波三维地震物理模拟试验研究

三维槽波地震物理模拟技术一直以来都是超声地震物理模拟的一个难题,国内外开展的相关工作较少。要成功模拟出Love型槽波,需要从槽波波场特征、模型设计浇筑、数据采集系统、固体采集耦合等方面系统考虑。针对三维槽波地震物理模拟成功的关键技术参数分析、发射接收系统关键器件-换能器的性能特征、不同直径换能器组合的激发接收方式、槽波物理模型设计制作以及固体模型数据采集等方面开展试验研究,成功模拟出了特征明显的Love型透射槽波。研究结果表明:①模型设计时煤层厚度不能大于30 mm,但必须大于换能器尺寸的2倍以上,且应与探头激发的波长相当,否则无法成功激发出明显的Love型槽波;②直径1 mm的点状换能器和直径8 mm的平面换能器,在无负载条件下,从能量传输效率、子波幅频特性等方面对比,平面换能器均优于点状换能器;③点状换能器和平面换能器不同组合方式作为激发、接收点,在铝板和有机玻璃板为负载的综合试验情况下,要在现有设备条件下实现三维槽波物理模拟只能采用平面换能器作为接收点,激发源可任意选择;④平面换能器激发接收的Love型槽波信噪比高、艾里相能量强,能清晰分辨模型中断层,而点状换能器激发接收的槽波记录信噪比、艾里相能量较弱,无法识别模型中的构造。

传感器在管道超声导波检测中的应用

管道超声导波检测技术是一种新兴的无损检测方法。利用该技术可以在一点对管道进行快速而全面的检测,节省检测时间,减少劳动强度。而由于导波的频散、多模态特性和管道工作条件、结构尺寸的不同,使得在超声导波检测中对导波的激励方式和传感器的使用要求也不尽相同。传感器的选择对管道超声导波检测的实现十分重要。简要回顾了五种不同类型传感器在管道导波检测中的工作机理、特性及其应用。

基于弹性导波的厚钢梁结构的损伤检测

弹性导波由于其对损伤的敏感性和长距离传播特性,成为近年来结构健康监测领域的一个研究热点。探讨了利用PZT换能器在较厚结构中进行基于弹性导波方法的损伤识别的可能性。首先参考Lamb波的频散曲线,设置了导波的激励信号参数如激励频率、激励波形周期数等;基于优化的激励波形和PZT换能器布局,在结构健康监测实验平台上对试件进行了检测。通过对实验结果的处理分析,计算出导波的群速度,并根据群速度和飞行时间(ToF)得到了损伤的位置信息。结果表明利用导波方法能够针对较厚结构进行损伤定位并能识别出不同大小的损伤。

电磁超声兰姆波在铝板传播中的模态识别

针对兰姆波多模态特性使其回波信号难以识别的问题,研究了铝板传播中兰姆波模态的产生依据及与激励频率的关系,为电磁超声兰姆波检测仪器研制提供依据。采用分立式电磁超声兰姆波换能器结构,通过数值计算、仿真分析、实验研究互为验证的方法对兰姆波多模态的传播特性和识别进行分析,确立了换能器结构尺寸、检测频厚积点、工件被检范围等参数。结果表明,频厚积点在群速度相等的三交点处时,激励产生的单一模态兰姆波检测铝板最佳。

空心抽油杆的超声导波检测

利用超声纵向导波对抽油杆缺陷进行检测。将空心抽油杆简化为一管状波导,利用管道中的导波频散曲线,并结合抽油杆的缺陷检测要求,设计出适合抽油杆缺陷检测的传感器,选择合适的导波模态对抽油杆表面上宽1 mm、深1 mm的周向槽进行检测,试验结果表明将抽油杆简化为管状波导是可行的,利用设计的环状传感器激发出纵向轴对称L(0,2)导波模态,有效检出了抽油杆表面的缺陷。

应变式压力传感器在离散介质中应用的误差分析

分析了膜片应变式压力传感器测量离散介质压力时产生误差的原因 ,用试验的方法建立了测量误差与介质分布密度间的相关关系。对传感器的非线性度及温。

电磁超声兰姆波换能器多目标优化设计

针对电磁超声兰姆波换能器激发的兰姆波存在多模式、频散现象和信号较弱的问题,结合铝合金板材检测背景,提出一种基于"双交点法"、"零斜率准则"和正交试验设计相结合的电磁超声兰姆波换能器多目标优化设计方法。其中,"双交点法"可有效削弱兰姆波多模式现象的影响,"零斜率准则"能够有效降低兰姆波的频散现象,而正交试验设计方法可有效提高电磁超声兰姆波信号的幅值。依据所提优化设计方法,对一个在铝板检测中常用的电磁超声兰姆波换能器的9个主要参数进行了多目标优化设计。实验表明,优化后,兰姆波信号中的多模式、频散现象得到显著抑制,而且信号幅值得到明显提升,有效改善了电磁超声兰姆波换能器的工程实用性。

基于SAFE方法的钢轨梳状传感器激励特定模态导波研究

为实现在钢轨中激励特定模态的导波,采用半解析有限元(Semi-Analysis Finite Element,SAFE)方法建立钢轨的SAFE模型,推导沿钢轨传播导波的控制方程,计算导波在钢轨中传播的相速度和群速度;根据导波在钢轨中传播的相速度频散曲线确定梳状传感器的工作点,设计能够在钢轨中激励特定模态导波的梳状传感器。将设计的梳状传感器布置在5.5m长的60kg·m-1钢轨上,根据实测钢轨的回波信号端面波包计算的32和64kHz导波群速度分别为2 583和2 750m·s-1,与利用钢轨SAFE模型计算所得的理论群速度2 626和2 734m·s-1相比,分别只相差1.64%和0.59%,说明建立的钢轨SAFE模型计算精度高,设计的梳状传感器能够实现特定模态导波的激励。

循环式多级超声波分散机的研制

针对传统的分散技术存在着分散不均匀、效率低、成本高、分散系统不稳定等缺点,提出了循环式多级超声波分散的原理,在分析循环式多级超声波分散机结构和要求的基础上,研制了循环式多级超声波分散机,对压电换能器、变幅杆和分散工具头组成的声学系统进行了有限元分析。使用循环式多级超声波分散机进行了柴油掺水乳化、重油均质化等实验。结果表明,循环式多级超声波分散机结构合理、性能优良,达到了预定分散的效果。

铝板材电磁超声兰姆波换能器的有限元分析及优化设计

电磁超声兰姆波换能器由于其激发的兰姆波具有多模式、频散性和信号较弱的特点,在一定程度上限制了其发展及应用。针对增强电磁超声兰姆波信号强度问题,提出了一种优化设计方法。通过在永磁铁和线圈之间加入超微晶叠片来减小永磁铁表面的涡流,增加试件中的涡流,同时改善静磁场的分布,从而增强铝板中的信号强度。重点研究了超微晶对电磁超声信号的影响,采用有限元软件进行仿真分析,并进行了实验验证。实验结果表明,该优化方法能够有效增强兰姆波信号强度。

声表面波色散换能器的分析

根据定义 ,采用等效电路法计算出色散换能器的声导纳。根据电荷叠加原理 ,计算出色散换能器的电容。从而得到器件的 Y1 1 和 Y2 2 。同样 ,采用等效电路法 ,Y1 2 和 Y2 1 也可计算出来。这样 ,可预计整个器件的频率响应。

电磁超声兰姆波换能器在金属板检测中的优化

为了提高电磁超声波在金属板中的传播距离,研究了金属板检测中的电磁超声兰姆波换能器的换能机理.通过分析兰姆波在金属板中传播的频散曲线,得出低频率范围内A0、S0模态兰姆波具有远传特性.对兰姆波换能器进行仿真计算,分析了在单极型永磁铁和马蹄形磁铁作用下,线圈受到的磁感应强度和洛伦兹力的分布情况,并对马蹄形兰姆波换能器进行了实验研究.结果表明,当激励频率为400 kHz时,S0模态兰姆波得到了有效抑制,使A0模态兰姆波幅值达到最大,传播距离可达18 m;在马蹄形磁铁作用下,兰姆波换能器的有效检测距离是单极型磁铁的1.8倍.

Ni-Al超声楔焊键合分离界面的结构特性及演变规律

设计了一系列的粗铝线楔焊键合试验,用扫描电镜测试分离的楔焊界面,通过采集驱动电信号分析了压电陶瓷输入功率特性。结果表明,Ni-Al超声键合的界面模式形如脊皱圆环,中心和外边是未结合的摩擦痕,脊皱构成强度,相同参数条件下,一焊脊皱峰和转化的超声能大于二焊;其它参数不变的条件下,随压力的增加,键合面尺寸增大,圆环的短轴延伸为长轴,随时间的增加,脊皱扩展为完整的圆环,脊皱尺寸向中央扩大,随功率的增加,摩擦痕和脊皱加剧,且这些参数存在一个最佳范围。

应变式压力传感器在离散介质压力测量中误差的试验分析

分析了应变式压力传感器在测量离散介质压力时产生误差的原因，用试验的方法，建立了测量误差与介质分布密度间的相关关系。

楔焊键合分离界面特性及阻抗分析

为认识超声键合机理,设计粗铝线楔焊键合试验,对分离的楔焊界面进行扫描电镜和EDS能谱仪测试分析,用GDS-820示波器采集电信号分析压电陶瓷(PZT)驱动的输入阻抗特性。结果表明,超声键合的界面模式形如脊皱圆环,中心和外边是未结合的摩擦痕,脊皱构成强度,相同参数条件下,一焊脊皱峰、输入阻抗大于二焊,一焊键合强度高于二焊。PZT的输入阻抗分析的结论与界面微结构判断一致。

非分光红外瓦斯传感器压力补偿分析

近年来受到国民经济快速发展的推动,煤矿的开采量和消费量呈现快速增长的势头,同时很多煤矿企业存在着安全监测不完善等煤矿安全问题,严重影响了煤矿的开采和人员的安全,其中瓦斯监控是煤矿安全中的重要组成部分。介绍了一种基于非分光红外原理的瓦斯传感器的工作原理,同时阐述了压力补偿的必要性,然后基于最新的单光源双通道甲烷传感器进行分析,介绍了一种压力补偿方法,基本克服了压力的漂移问题,提高了测量的准确性。

高频大带宽滤波器

高频大带宽滤波器采用常规设计方法具有损耗大、带内波动和群时延特性差的缺点。文章介绍了采用倾斜色散换能器结构在Ｙ１２７．８６°ＬＮ基片上实现中心频率为７４０ＭＨｚ、带宽为４００ＭＨｚ的滤波器的设计方法和实验结果。

基于压电陶瓷换能器的埋地管道缺陷监测研究

为准确监测埋地管道缺陷,采用压电陶瓷换能器在埋地管道中激励出纵向模态超声导波进行缺陷监测研究,分析了超声导波在埋地管道中的传播规律并建立频散方程,通过数值求解绘制了埋地管道频散曲线。根据频散曲线性质选择纵向L(0,2)模态导波用于管道缺陷监测,通过建立试验系统对理论分析的正确性进行了验证,并将时间反转法引入埋地管道缺陷监测过程。现场试验结果表明:采用直接导波法进行埋地管道缺陷监测,由于管道周围土体的影响,导波能量将会有更多衰减,且干扰噪声变大,监测信号的信噪比降低;而采用时间反转法进行埋地管道缺陷监测,利用时间反转导波的时间和空间聚焦效应,缺陷反射回波信号幅值得到明显增强,更易于从干扰信号中进行提取、分析和定位。研究结论为提高超声导波对埋地管道缺陷监测能力提供了一条新途径。

SAW倒相/色散换能器宽带信号产生与处理研究

报道了一种基于声表面波(SAW)技术实现的宽带信号产生与处理器件。器件创新性地采用倒相叉指换能器(PRT)与色散叉指换能器(DIDT)声直耦合结构,实现了器件25%超大相对带宽下的高压缩主副瓣比(35dB)和满足系统使用要求的插入损耗(34dB)等性能指标。

兰姆波非线性效应的实验观察(Ⅱ)

基于Ritec-SNAP系统对固体板中传播的兰姆波的非线性效应进行了实验观察。根据导波的模式展开分析方法和兰姆波的频散曲线,简述了兰姆波的积累二次谐波发生条件。采用一定倾角的斜劈换能器在固体板表面激发和接收兰姆波的基波和二次谐波时域信号,阐述了兰姆波的基波、二次谐波时域脉冲包络的积分振幅的物理意义,在固体板表面分别测量了不同传播距离的兰姆波的基波、二次谐波的幅频曲线。在兰姆波具有非线性效应的频率值附近,分析了兰姆波的二次谐波振幅随传播距离的变化关系。实验结果进一步证明了兰姆波在一定条件下具有强烈的非线性效应,其二次谐波表现出随传播距离积累增长的性质。