压电材料全矩阵材料常数超声谐振谱反演技术中的变温模式识别

利用传统的超声脉冲-回波与电谐振技术定征压电材料全矩阵材料参数,必须采用多块尺寸差异显著的样品,故很可能导致定征结果不自洽.超声谐振谱(RUS)技术仅需一块样品即可对压电材料全矩阵材料参数进行定征,故可确保定征结果的自洽.由于实际测量谐振谱中模式混叠与遗漏现象不可避免,使得谐振谱中谐振模式的准确识别成为RUS技术顺利实施的最大难点.本文提出一种谐振模式的变温识别技术.温度变化可导致压电体材料参数发生变化,材料参数的改变可影响各谐振模式的振动频率,且对不同谐振模式影响不一致,因此改变测量环境温度,有可能使得所测量超声谐振谱中某些原本混叠的模式分开或使得某些原本遗漏的模式出现.压电陶瓷(PZT-8)的实验结果表明,该技术可有效提高谐振谱中谐振模式识别准确率,从而保证了RUS反演的可靠性.

电极激励超声谐振谱压电材料定征技术

超声谐振谱(RUS)是一种压电材料单样品定征技术,避免了多样品造成的结果不自洽问题。现有的谐振谱激励方法常使用超声换能器定点激励-拾取,需要有复杂的测试装置。该文提出了一种电极激励-拾取法来获取压电谐振器的超声谐振谱,该方法测试装置简单,同时还可获得模态振型的对称特性,避免了反演过程中峰丢失和错峰拟合。基于现场可编程门阵列(FPGA)技术搭建了压电谐振器分组扫频激励电路,通过电荷放大器拾取谐振峰。结果表明,通过Levenberg-Marquardt算法可完成测试频谱和计算频谱的匹配,成功获得了优化后压电材料参数。

超声谐振谱技术在压电材料性能表征中的应用

为保证压电材料定征结果的自洽性,基于单块样品采用超声谐振谱(RUS)技术实现了压电材料全矩阵材料系数的定征。本文阐明了利用RUS技术定征压电材料全矩阵材料系数的原理并给出了具体实施步骤,分析了该技术的优点与局限性;进一步以Mn掺杂铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅(23PIN-48PMN-29PT)样品为例,利用RUS技术对压电单晶均匀性进行无损评价。结果表明,RUS技术可以有效评估池豫铁电单晶的均匀性。

非线性超声谐振方法及在结垢检测中的应用研究

针对压力容器和管道安全运行需要,发展了一种非线性超声谐振结垢检测方法。从理论上分析非线性细观弹性材料因迟滞效应引起的非线性弹性本构关系。研究发现,随着超声波激励幅值的增加,迟滞导致的非线性效应主要表现为超声波谐振频率向低频偏移和谐振频谱品质因数的变化。对涂有不同厚度模拟结垢的板试件进行非线性超声谐振检测试验,研究了激励电压水平对基波及二次谐波谐振频谱的影响规律,提出基于二次谐波弹性迟滞非线性系数和耗散迟滞非线性系数的结垢层厚度表征方法。在此基础上,将非线性超声谐振检测方法应用于实际工程中炉管结垢层检测,结果表明,利用二次谐波的弹性迟滞非线性系数和耗散迟滞非线性系数能较好反映炉管结垢状况。研究工作为实际工程中炉管结垢层检测提供了新的思路和方法。

涂层厚度与粘接质量的电磁声谐振无损检测

为了解决电磁超声(EMAT)涂层质量检测中接收信号信噪比较低的问题,将电磁声谐振技术(EMAR)应用于涂层质量检测,有效提高了超声接收信号的信噪比。在EMAR仿真中,通过变步长离散仿真得出了谐振与非谐振状态下的时域波形和频谱图,验证了利用电磁声谐振进行涂层质量检测的可行性。以电磁超声谐振驻波作为检测信号,实验中谐振信号的幅值为未谐振反射回波的2.52倍,信噪比由26 dB(反射回波)提高到34 dB(谐振信号)。利用EMAR信号的谐振频率差进行涂层厚度检测,对0.2~0.8 mm的试件的检测误差在5%以内且涂层厚度越大,谐振频率越多,谐振频率差越小,检测精度越高;通过功率谱密度函数(PSD)表征不同粘接程度的试件,不同试件的PSD比值为61.17:4.15:1,区分度相对于峰峰值比值提升明显。

基于声压反射系数幅度谱特征的涂层脱粘超声C扫描成像检测研究

涂层脱粘常采用超声C扫描成像技术进行定量检测,但涂层厚度过小或探头频率较低均可使顺序界面回波混叠而无法直接采用C扫描方法有效表征脱粘。基于声压反射系数幅度谱特征,通过分析幅度谱极值与谐振频率随粘结界面反射系数的变化规律,提取幅值波动范围、谐振频率阶数两个幅度谱特征重构C扫描图像。采用该方法对厚度0.3 mm环氧树脂基涂层/5 mm铝板构成的含10×10 mm界面脱粘试样进行定量表征,重构C扫描图像定量的脱粘尺寸相对误差分别为4.9%和1.0%。该技术可以克服传统超声C扫描成像的局限性,提高涂层脱粘尺寸定量精度。