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基于空耦超声激励的微结构模态频率温度特性研究
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作者 佘东生 于震 田江平 《国外电子测量技术》 2024年第6期127-133,共7页
为了研究微悬臂结构弯曲振动模态频率的温度特性,首先针对各向异性材料的等截面矩形微悬臂结构建立了其各阶模态频率温度系数的理论模型;然后搭建了包括激光测振单元、空耦超声激励单元和温度控制单元的非接触式微结构动态特性测试系统... 为了研究微悬臂结构弯曲振动模态频率的温度特性,首先针对各向异性材料的等截面矩形微悬臂结构建立了其各阶模态频率温度系数的理论模型;然后搭建了包括激光测振单元、空耦超声激励单元和温度控制单元的非接触式微结构动态特性测试系统;最后利用所搭建的测试系统分别对等截面矩形单晶硅微悬臂梁在室温~300℃时的动态特性进行了测试,获得了微悬臂梁前三阶弯曲振动模态频率随温度的变化规律和频率温度系数。研究结果表明,单晶硅微悬臂梁前三阶弯曲振动模态频率随着温度的升高而呈近似线性的减小,并且微悬臂梁前三阶弯曲振动模态具有几乎相同的频率温度系数,其中一阶模态频率的温度系数为-2.18×10-5/℃,二阶模态频率的温度系数为-1.91×10^(-5)/℃,三阶模态频率的温度系数为-2.01×10^(-5)/℃,前三阶模态频率温度系数的测试结果与理论模型预测值的偏差分别3×10^(-7)/℃,3×10^(-6)/℃和2×10^(-6)/℃。 展开更多
关键词 空耦超声激励 微结构 频率温度系数 弯曲振动模态
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基于空耦超声导波的无砟轨道CA砂浆脱空检测方法 被引量:9
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作者 吴刚 李再帏 +2 位作者 朱文发 张海燕 柴晓冬 《铁道科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1375-1383,共9页
CA砂浆层是板式无砟轨道的重要结构之一,其服役状态劣化而产生的离缝、脱空等结构性病害严重影响高速列车的行车安全。通过建立无砟轨道超声导波有限元模型,分析多种工况下CA砂浆脱空的超声导波特征模态;针对脱空病害引起的超声导波模... CA砂浆层是板式无砟轨道的重要结构之一,其服役状态劣化而产生的离缝、脱空等结构性病害严重影响高速列车的行车安全。通过建立无砟轨道超声导波有限元模型,分析多种工况下CA砂浆脱空的超声导波特征模态;针对脱空病害引起的超声导波模态混迭问题,采用时间反转聚焦方法进行CA砂浆脱空特征模态识别,利用时域特征模态比较和损伤指数对病害识别效果进行验证。研究结果表明:空耦超声导波方法可以有效地识别板式无砟轨道的CA砂浆脱空病害,通过时间反转方法可以有效地提取CA砂浆脱空特征模态。建议采用超声导波方法对无砟轨道的破损、裂缝等病害进行检测。 展开更多
关键词 无砟轨道 CA砂浆 空耦超声导波 时间反转 病害
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基于小波分析的锂电池空耦超声信号降噪研究 被引量:6
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作者 张曼 王明泉 +1 位作者 杨顺民 郭瑞琦 《测试技术学报》 2020年第4期304-310,共7页
空耦超声波检测是锂电池无损检测的一种新型方法,在空耦超声波检测锂电池时,由于较低的声波透射率、硬件系统的噪声以及声波在电池中的散射噪声导致采集的超声波信号含有大量噪声,将有效信息淹没,信噪比较低.本文用400 k聚焦探头采集锂... 空耦超声波检测是锂电池无损检测的一种新型方法,在空耦超声波检测锂电池时,由于较低的声波透射率、硬件系统的噪声以及声波在电池中的散射噪声导致采集的超声波信号含有大量噪声,将有效信息淹没,信噪比较低.本文用400 k聚焦探头采集锂电池空耦透射信号,利用小波阈值去噪技术,通过对比信号的信噪比得出选择sym11,db10,coif5小波基,在分解层数为7~10层时,能将有效透射信号与缺陷分离.其中sym11小波基在分解层数为9层时处理的信号达到了最高的信噪比. 展开更多
关键词 锂电池 空耦超声 小波降噪 信噪比
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光伏电池片弱边缘缺陷空耦超声特征检测 被引量:1
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作者 刘敏 陈凌宇 +1 位作者 钱洲亥 李治国 《制造业自动化》 CSCD 北大核心 2022年第4期191-195,共5页
光伏电池片边缘缺陷检测需要稳定的低噪声识别特征,一旦边缘特征弱化,形成弱边缘状态,检测精度大幅下降。研究光伏电池片弱边缘缺陷中的空耦超声特征检测方法。该方法的边缘缺陷成像部分以空耦超声C扫描为基础,依据空耦超声的传播原理,... 光伏电池片边缘缺陷检测需要稳定的低噪声识别特征,一旦边缘特征弱化,形成弱边缘状态,检测精度大幅下降。研究光伏电池片弱边缘缺陷中的空耦超声特征检测方法。该方法的边缘缺陷成像部分以空耦超声C扫描为基础,依据空耦超声的传播原理,结合Lamb波,采用空耦超声Lamb波的缺陷成像算法,获取光伏电池片扫描成像图像;并且采用小波分析处理Lamb波产生的信号,降低成像过程中的噪声;基于信号突变点校正检测光伏电池片图像弱边缘缺陷。测试结果显示:该方法的降噪效果良好,降噪后图像质量较高;具备较好的空耦超声成像效果,能够清晰呈现光伏电池板的整体情况;有效确定光伏电池片图像突变点和其附近极大值,获取光伏电池片图像边缘缺陷信号的分布结果,可靠完成光伏电池片的污迹缺陷、划痕缺陷、裂缝缺陷、丝印缺陷四种边缘缺陷检测。 展开更多
关键词 空耦超声 光伏电池片 弱边缘 缺陷检测 扫描成像 信号突变点
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空耦超声波换能器中酰胺化改性声匹配层的制备与性能检测
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作者 韩思奇 康洋 邵欣 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期2455-2464,共10页
基于空心玻璃微珠(HGM)/环氧树脂体系的声匹配层制备了高灵敏度的空耦超声波换能器。采用聚甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物(PVMMA)接枝到空心玻璃微珠表面(PVMMA-g-HGM),以提高低密度空心玻璃微珠在高密度环氧树脂基体中的分散性。结果表... 基于空心玻璃微珠(HGM)/环氧树脂体系的声匹配层制备了高灵敏度的空耦超声波换能器。采用聚甲基乙烯基醚-马来酸酐共聚物(PVMMA)接枝到空心玻璃微珠表面(PVMMA-g-HGM),以提高低密度空心玻璃微珠在高密度环氧树脂基体中的分散性。结果表明:改性空心玻璃微珠/环氧树脂复合材料的致密度提升显著且无明显缺陷,具备了更好的声辐射性能,制备的空耦超声波换能器灵敏度达到4.88 V。此外,改进后超声波换能器装配的气体超声波流量计具备更好的流场适应性,相对误差绝对值低于1.0%。本文提出一种新的工艺以改进气体超声波流量计中超声换能器的性能。 展开更多
关键词 心玻璃微珠 空耦超声波换能器 声匹配层 酰胺化改性 气体超声波流量计
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激光层析法空耦超声换能器轴向声场测量研究
6
作者 张小丽 何程昊 +3 位作者 冯秀娟 张慧 牛锋 何龙标 《计量科学与技术》 2023年第11期53-61,共9页
空气耦合(简称“空耦”)超声换能器具有非接触、非侵入、完全无损等特点,在航空航天复合材料以及其他孔隙类材料的无损检测领域具有广阔的应用前景。开展空耦超声换能器的轴向声场重建研究,其所包含的近场长度、指向性等轴向声场特性参... 空气耦合(简称“空耦”)超声换能器具有非接触、非侵入、完全无损等特点,在航空航天复合材料以及其他孔隙类材料的无损检测领域具有广阔的应用前景。开展空耦超声换能器的轴向声场重建研究,其所包含的近场长度、指向性等轴向声场特性参数,决定着换能器在无损检测中的分辨率、抗干扰及定位精度等性能。激光层析法在声场重建中具有高空间分辨力、宽频带范围和声场非侵入等优点,然而该方法目前主要被用于径向声场表征,轴向声场表征的理论和实验研究较少且不完善。从理论、仿真和实验的角度对空耦超声换能器的轴向声场分布展开研究,实验与仿真结果取得较好的一致性。同时与传声器的轴向声场测量结果进行比较,验证了激光层析法进行空耦换能器轴向声场重建的可靠性。研究结果对于空耦换能器轴向声场的测量、空耦超声换能器的设计和校准具有重要价值。 展开更多
关键词 计量学 层析成像处理 声光效应 激光测振仪 空耦超声换能器 轴向声场表征
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空气耦合超声换能器声场计算与测量研究 被引量:13
7
作者 孔涛 徐春广 +1 位作者 张运涛 许寒晖 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第22期19-24,共6页
利用空耦超声换能器发射孔径的空间脉冲响应计算平面换能器的声场分布特性。该方法基于线性声学理论的假设,利用孔径表面发射的球面脉冲波的叠加来获得空间中任意点的脉冲响应。由于空气介质中超声的吸收衰减对于声场分布影响较大,并且... 利用空耦超声换能器发射孔径的空间脉冲响应计算平面换能器的声场分布特性。该方法基于线性声学理论的假设,利用孔径表面发射的球面脉冲波的叠加来获得空间中任意点的脉冲响应。由于空气介质中超声的吸收衰减对于声场分布影响较大,并且衰减随着频率的增大而增大,所以在频域计算中引入传播衰减函数,并通过与换能器激励脉冲的卷积获得该场点的声压分布。利用多轴扫描系统及微小孔径接收器空耦换能器的声场分布情况进行试验测量,并与声场的理论计算结果进行对比,两者取得很好的一致性。试验研究不同尺寸的接收孔径对声场测量结果的影响,结果表明,由于空气耦合中转换效率、界面损耗等原因,其声场测量时的接收孔径选择是分辨率和信噪比的权衡结果,在接收增益和信噪比允许的情况下尽量减小接收孔径,可以提高声场测量的精度。 展开更多
关键词 间脉冲响应 空耦超声换能器 声场特性
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玻璃钢缺陷的空耦激光超声检测 被引量:4
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作者 王宝定 吴俊伟 +5 位作者 廖为圣 程中文 邓宇 张永康 曾吕明 纪轩荣 《无损检测》 CAS 2022年第6期26-31,共6页
玻璃钢具有优异的材料性能而被广泛应用于航空航天等领域,但在生产和使用阶段产生的缺陷会极大影响材料的稳定性和安全性。使用传统无损检测手段检测具有各向异性、层铺结构的玻璃钢时存在一定局限。使用结合激光超声与空耦超声检测优... 玻璃钢具有优异的材料性能而被广泛应用于航空航天等领域,但在生产和使用阶段产生的缺陷会极大影响材料的稳定性和安全性。使用传统无损检测手段检测具有各向异性、层铺结构的玻璃钢时存在一定局限。使用结合激光超声与空耦超声检测优点的混合系统,采用中心频率为450 kHz的低频空耦探头,非接触检测了玻璃钢内部不同类型的微小缺陷,并开展了接触式相控阵超声检测对比试验。试验结果表明,使用混合系统能够有效实现玻璃钢内部缺陷形状、尺寸及位置的低成本、非接触和高精度检测。 展开更多
关键词 激光超声 空耦超声探头 玻璃钢 无损检测
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混凝土分层缺陷的超声检测方法研究 被引量:2
9
作者 钱鲁斌 高春翔 +1 位作者 胡婧宜 吴鸿博 《声学技术》 CSCD 北大核心 2023年第2期219-223,共5页
为解决混凝土结构中分层缺陷的在线非接触检测难题,论文提出了利用空气耦合(简称:空耦)超声导波定量检测混凝土结构中分层缺陷的新方法。首先研究了空耦超声导波在混凝土结构中的传播特性,理论分析和实验表明,利用空耦超声波以入射角8.7... 为解决混凝土结构中分层缺陷的在线非接触检测难题,论文提出了利用空气耦合(简称:空耦)超声导波定量检测混凝土结构中分层缺陷的新方法。首先研究了空耦超声导波在混凝土结构中的传播特性,理论分析和实验表明,利用空耦超声波以入射角8.7°入射厚度为50 mm的混凝土板时,可以激发以A0模态为主的导波。然后构建了空耦超声导波扫查实验系统,在混凝土结构单侧利用一对倾斜8.7°的空耦探头激励和接收导波信号,通过分析发现A0模态对分层缺陷敏感,且其幅度与扫查路径中的分层缺陷尺寸存在单调变化关系;在此基础上,对检测区域进行扫查,利用不同位置处的导波信号幅度实现分层缺陷的二维成像。实验结果表明,该方法不仅可以避免耦合剂对检测结果的影响,同时可实现对服役状态下混凝土结构中分层位置及尺寸的定量检测。 展开更多
关键词 混凝土结构 空耦超声 分层 无损检测
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薄型层压复合材料的大视场激光超声检测研究
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作者 曾吕明 龙柏年 +2 位作者 廖为圣 程中文 纪轩荣 《航空制造技术》 CSCD 北大核心 2023年第22期53-59,共7页
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... 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。 展开更多
关键词 层压复合材料 激光超声 阵列式空耦超声换能器 大视场检测 缺陷检测
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Delamination damage detection of laminated composite beams using air-coupled ultrasonic transducers 被引量:16
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作者 LIU ZengHua YU HongTao +1 位作者 HE CunFu WU Bin 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2013年第7期1269-1279,共11页
Air-coupled ultrasonic transducers are used to generate and receive Lamb waves in quasi-isotropic laminated composite beams for delamination detection. The influence of incident angle on the excited mode is studied. N... Air-coupled ultrasonic transducers are used to generate and receive Lamb waves in quasi-isotropic laminated composite beams for delamination detection. The influence of incident angle on the excited mode is studied. Numerical calculation and experimental results show that a pure Lamb wave mode can be generated if the transmitting transducer is oriented at a specific angle, and the receiving transducer can either be oriented to detect the same mode as that generated by the transmitter or to detect another mode generated by mode conversion at a defect. A three-dimensional finite element model is created to predict the interaction of Lamb waves with delamination, and some unique mechanisms of interaction between A0 mode Lamb waves and delamination are revealed in detail. The experimental results obtained on laminated composite beam using air-coupled ultrasonic transducers are well in accordance with finite element simulation results. Research results show that air-coupled ultrasonic guided waves can be used for delamination damage detection effectively in laminated composite beams. 展开更多
关键词 delamination detection composite beam Lamb wave mode air-coupled ultrasonic transducer three-dimensional finite element simulation
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