油膜厚度超声测量声反射系数理论及数值计算

实际润滑系统中油膜厚度较小,常规的超声测量方法不再适用。根据声学理论,分析多层介质中油膜厚度与声反射系数的关系,建立2种不同的油膜厚度测量理论模型,即共振模型和弹簧模型,讨论不同模型的适用范围。针对不同的理论模型,建立其相应的有限元模型,在后处理中通过驻波理论对界面反射系数进行计算,并与理论曲线进行对比,两者具有很好的一致性,证明有限元法计算油膜反射系数的准确性。研究结果表明:对于不同的超声频率,每种模型都有对应的油膜厚度测量区间,在实际测量中,要根据声波频率来确定每种模型的测量区间。

基于矢量水听器声强法的材料声反射系数测量

0引言近年来,随着矢量传感器技术的发展,矢量传感器已被成功地应用于空气中声学材料声学性能的测试领域中[1-2]。H-E.de Bree等人[1]详细讨论了矢量传感器进行声反射系数测量方法和实验研究,主要研究了表面阻抗法和源镜像法两种测量方法。Finn Jacobsen等人[2]则对矢量传感器用于驻波管声反射系数测量原理和实验进行了研究。本文理论分析了矢量声场中有功声强。

水听器一致性对材料声反射系数全息反演精度的影响

采用近场声全息(NAH)法进行材料声反射系数测试时,一般采用水听器阵列进行全息数据采集。针对阵元通道之间的幅度和相位一致性对全息反演结果的影响,在不同扫描方式下进行了仿真分析。根据仿真结果,建议采用水听器阵单面隔行的扫描方式进行测量。利用耦合腔校准方法对水听器阵进行通道间幅值和相位不一致性校准,并在消声水池中进行了矩形钢板的声反射系数全息测试实验。数据处理结果表明:采用经耦合腔校准后的水听器阵进行材料声反射系数测试,全息反演精度有所提高。

超声波液体密度测量的一种声反射系数测定方法

用超声波测液体密度时,测量声反射系数是重点。提出一种将半波层反射模型简化后,利用相对稳态幅度测量声压反射系数的方法。将一个较薄固体作为半波层置于被测液体中,两侧对称地放置超声波换能器,换能器一个工作在脉冲回波模式,另一个工作在接收模式。调整信号频率使半波层和被测液体交界面的多重反射波达到最大程度干涉,此时被测液体与半波层之间的声反射系数只与两个换能器在稳态下的回波信号幅度比值有关。因此测得换能器的稳态回波信号幅度比,即可得到声反射系数。此方法简化了原来的半波层反射模型,采取对称布局,利用相对稳态幅度法,简化了理论推导过程,降低了测量上的精度要求。最后文章通过实验验证了方法的正确性。

单矢量水听器水声材料声反射系数自由场大样测量方法

为了实现水声材料法向声反射系数的自由场宽带测量,将单矢量水听器作为测量系统的核心设备,结合脉冲声发射技术与后置逆滤波信号处理技术,提出了基于单矢量水听器的水声材料法向声反射系数自由场宽带测量方法,通过矢量水听器电子旋转技术实现直达声与反射声的有效分离。讨论了测量系统误差以及接收信号的信噪比等因素对测量结果的影响,该方法对信噪比有一定要求,但对测量系统误差不敏感。实验测试结果表明:与未经后置逆滤波处理的实验测试结果相比,文中所述方法显著提高了测量性能,但受发射换能器低频发射能力限制,实验结果在2.5 kHz以上与理论值吻合较好。

单矢量水听器水声材料声反射系数自由场测量

针对测量中试样边缘衍射效应与多途干扰的问题,本文提出了一种斜入射条件下水声材料声反射系数宽带测量方法。结合脉冲声发射技术与后置逆滤波技术,在时域上剔除干扰声信号;随后将单矢量水听器看作三元接收阵,充分利用单矢量水听器接收信号模型特点,通过求解超定方程组分离直达声与反射声,解决了信号混叠的问题。数值仿真与实验研究结果表明:本文所述测试方法可有效实现斜入射条件下的水声材料声反射系数的自由场大样测试,但受限于发和换能器的低频发射能力,实验结果在高频段与理论值吻合较好。

基于声压反射系数幅度谱匹配分析的薄层厚度和超声纵波声速双参数反演

针对薄层材料超声测厚过程中回波信号混叠、超声纵波声速未知导致薄层厚度无法测量的问题,提出一种基于声压反射系数幅度谱（Ultrasonic Reflection Coefficient Amplitude Spectrum,URCAS）匹配分析技术同时测量薄层厚度和超声纵波声速的方法。采用相关系数法对薄层试样实测声压反射系数幅度谱和理论声压反射系数幅度谱在超声检测有效频带范围内逐一进行匹配分析,通过反演计算得到相关系数最大值点对应的超声检测参数,最终实现薄层厚度和超声纵波声速的同时表征。利用该方法对铝合金基体上的雷达吸波涂层（Radar Absorbing Coatings,RAC）进行实验测试及信号分析。结果表明：该方法可以有效实现混叠信号中超声特征参量的提取,反演得到吸波涂层厚度与千分尺测量厚度间相对误差为2.53%-3.72%、纵波声速测量相对误差为2.51%-3.75%。

基于声压反射系数相位谱的涂层密度和纵波声速双参数反演

提出一种基于声阻抗测量,采用相关系数法对涂层的声压反射系数相位谱二元非线性方程进行双参数反演,同时确定涂层密度和纵波声速的方法。采用超声脉冲回波法,采集厚度为1.929mm铝板和厚度为0.2~0.5mm、掺杂质量百分比30%~50%铁粉的环氧树脂涂层的超声回波信号,在有效频带范围内采用相关系数法对试样理论和试验声压反射系数相位谱进行匹配分析,利用声阻抗条件约束相关系数矩阵,约束后的相关系数矩阵最大值对应的密度和纵波声速即为涂层的最优表征结果,纵波声速和密度的反演误差均在±3.2%以内。

超声应力检测技术综述

应力检测是保证机械装置稳定可靠运行的必要手段,而考虑到机械装置结构的复杂性与工作环境的多样性,其对检测方法的要求较高。超声应力检测以其高精度、无害性、强适应性等优点在连续介质与非连续介质内外应力检测中得到了广泛的关注与应用。文章针对超声应力检测中最主要的三种方法:声弹性效应法、声反射系数法以及非线性超声检测法,结合国内外学者的研究成果,从其工作原理、发展过程与实际应用等方面分别进行综述,总结其发展现状,并对其未来发展提出展望。

声波从海底沉积层上的反射

假设海底为一液态层复盖一孔隙弹性固体半空间，用声阻抗的概念，导出了其上的声反射系数的唯象公式。再将松散的沙（泥）质沉积物中的声阻抗的表式用于液态层，建立了反射系数与沙（泥）质沉积物的具体参数的联系。文末对高声频情况下的海底上的声反射系数进行了简化。并对几个特例作了数值计算。

水中夹层复合材料表面声反射的研究

为了降低水下航行器和物体表面的声反射和声辐射强度,可以采用玻璃钢夹层结构代替单层玻璃钢结构.利用传递矩阵法得到了多层介质声波反射透射的计算公式,通过对一个实验样本的计算和实验测试结果比较,表明此种计算方法可行.在此基础上,仿真模拟计算了层厚度、夹芯的密度、声速、厚度等参数改变时,玻璃钢夹层结构的声压反射系数,分析比较了玻璃钢夹层替代单层玻璃钢表面的声反射特性.研究表明:在频率小于15 kHz范围内,玻璃钢夹层可以使声波的反射控制在很小的范围,配合吸声涂层的使用,可以在更大的频率范围内达到很好的声隐身效果.

超声束在大界面上的反射、透射及回波失落问题的讨论

本文从波动理论出发,导出了超声束在大界面上的声压反射系数和声压透射系数的定量描述,并据此对超声束在反射过程中回声失落的几种特殊情形进行了讨论。

聚氨酯弹性体的合成和水下声学性能

用甲苯-2,4-二异氰酸酯(2,4-TDI)、聚醚二醇(PPO)和3,3’-二氯-4,4’-二氨基二苯基甲烷(MOCA)等原料合成了聚氨酯弹性体,在脉冲声管中测试了合成试样的声压反射系数和吸声系数,研究了合成工艺参数对其水下声学性能的影响。测试结果表明,TDI-PPO-MOCA合成型聚氨酯弹性体是一种良好的水下吸声材料,其吸声性能受到固化温度,扩链剂含量等参数的影响。加入填料和改变其结构可以进一步改善聚氨酯弹性体的水下声学性能,因此合理地设计实验工艺参数,可以得到水下声学性能更佳的聚氨酯弹性体。为工业生产提供了理论参考。

环氧树脂-玻璃微珠多孔复合材料的水声性能

为提高薄板吸声材料的吸声性能,用改性环氧树脂和空心玻璃微珠等原料合成了25mm厚环氧树脂-玻璃微珠多孔复合材料,在脉冲声管中测试了合成材料试样的声压反射系数和吸声系数,研究了合成工艺参数对其水下声学性能的影响。测试结果表明:环氧树脂-玻璃微珠多孔复合材料是一种良好的水下吸声材料,其吸声性能受到空心玻璃微珠的种类及其含量和固化剂种类等参数的影响。制备了填充多种空心玻璃微珠低频吸声性能良好的环氧树脂-玻璃微珠声学材料。合理地设计实验工艺参数,可以得到水下声学性能更佳的环氧树脂-玻璃微珠多孔复合材料。

环氧树脂基轻质芯材夹层复合吸声结构的水声性能

用玻璃纤维、乙烯基树脂、环氧树脂和空心玻璃微珠等为原料合成了环氧树脂基轻质夹层复合吸声结构(EPS),在脉冲声管和消声水池中测试了EPS试件的反射系数和吸声系数,测试结果表明,EPS的水声性能受到芯材基体比例、聚醚胺固化剂含量及分层比例等工艺参数的影响,通过合理控制这些参数,可以使芯材相对密度0.8±0.05、厚度25mm的EPS在5kHz～30kHz频段内平均吸声系数不低于0.5,具有质轻和良好的水下声隐身能力,扩大了夹层复合吸声结构的使用范围。最后对EPS的吸声机理进行了分析。

基于超声声速法的陶瓷涂层特性表征

采用强流脉冲离子束(HIPIB)辐照方式获得了特性(孔隙率、微裂纹及致密度)不同的Cr2O3陶瓷涂层。利用超声反射系数谱相邻极小值频率间隔Δf与涂层厚度d之间的关系Δf=c2/2d求得了涂层声速c2。对应于原始及辐照1次和5次涂层试样,超声声速分别为2 002,2 099和2 197 m/s,声速提高表明涂层弹性性能增强。SEM结果表明,涂层经辐照后孔隙及裂纹减少,涂层变得致密,同时其表面显微硬度提高。超声试验结果与理论分析一致,利用声速能够对HIP-IB改性的Cr2O3涂层特性进行超声表征。

高强玻璃纤维增强乙烯基酯复合材料及其构件的声性能研究

本文对透声复合材料及其构件的声学性能进行了研究。结果表明,透声复合材料取代金属制作构件可有效降低其声反射。

利用声阻抗勘探油层分布的探讨

声阻抗等于介质密度与声速的乘积。通过测井的密度曲线和声速曲线，可以得到声阻抗曲线。声阻抗突变处即是强反射面所在处。将测井的绝对深度记录换算成声波传播的时间记录，再与地震勘探中的声波传播时间记录对比而相互对应。以测井记录的深度为标准，确定地震剖面图上强反射面的确切位置。以此强度反射面为标定面，将井下已知油层在地震剖面图上横向延伸，当作可明确该油层的形状和分布。这种方法对厚油层有效，对较薄油层也可望有效。

超声干涉法薄层厚度测量声阻抗匹配判据及其应用

针对超声干涉法测量薄层厚度的原理,讨论了薄层及与其相邻介质声阻抗匹配分别满足界面声压反射系数|R1|<1/2或|R1|>1/2时回波信号的选取原则,并以薄层声压反射系数谱为依据,分析了上述两种声阻抗匹配条件下谱线分别出现次生极大或极小值的规律,在此基础上提出了薄层厚度测量时谱线极值的选择方法。以航空雷达罩蒙皮GFRP(Glass Fiber Reinforced Plastic)层板外表面复合涂层以及钢基体表面ZrO2陶瓷涂层样品为例进行了薄层厚度测量实验研究及信号分析。研究表明,超声干涉法薄层厚度实验结果与SEM(Scanning Electron Mi-croscope)测量结果相符。由此可知,薄层及与其相邻介质声阻抗匹配判据对于超声干涉法薄层厚度测量具有很强的理论指导意义及工程应用价值。

基于超声波的轮轨接触斑及应力检测系统研究

针对目前轮轨接触斑及接触应力分布难以有效检测的问题,基于接触面的准静态弹簧模型与超声波反射法,设计一种适用于静态轮轨接触状态检测的系统。系统采用水浸式点聚焦超声探头进行检测,主要由机械结构部分、超声波激励采集系统和接触斑及应力分析显示系统组成。机械结构部分包括轮轨加载机构和两轴扫描机构,分别实现对轮轨的固定与加载,以及夹持超声探头进行平面扫描运动;超声波激励采集系统实现对扫描机构的运动控制以及超声波信号的激励、采集和传输,并与接触斑及应力分析显示系统通过以太网通信,实现命令接收与超声波数据的上传;接触斑及应力分析显示系统实现超声数据的接收与处理,并实时显示和存储检测结果。利用所搭建的检测系统首先进行标定实验,建立超声声压反射系数与接触应力之间的关系,然后进行轮轨接触斑与应力分布检测实验,获得了20~70 kN载荷下车轮试件与钢轨的接触斑及应力分布云图,最后采用3次样条插值处理优化了检测效果。实验结果表明:所提出的检测方法与系统能够有效检测静态轮轨接触斑几何形状与接触应力的分布情况,反映真实的轮轨接触状态。对于轮轨的优化设计、寿命预测和轨道维护等研究都具有重要作用和意义。