基于无源RFID标签天线转向架表面裂纹检测研究

在高速列车长期、快速行驶中,其转向架金属结构会因疲劳、应力、环境等因素影响,产生金属裂纹。为了在高速列车中的转型架金属表面实现远距离无损检测并判断是否存在裂纹,设计了一种应用在超高频频段的微带贴片型射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)抗金属标签,配合RFID芯片,标定RFID阅读器与标签天线的位置和其发射天线的功率,当金属表面存在裂纹时标签天线谐振频率会向低频移动,并产生影响导致RFID系统识别距离的改变,从而实现金属表面裂纹检测。使用高频结构仿真(High Frequency Structure Simulator,HFSS)软件对天线结构进行优化,使其与芯片阻抗匹配,模拟了天线在金属表面存在裂纹的情况。由仿真结果可以分析得出:设计的无线有芯片微带贴片型RFID转向架表面裂纹检测标签能够有效地实现远距离监测金属表面裂纹长度、方向的变化情况。

用于金属管材裂纹检测的涡流加载线圈设计

建立了金属管道涡流加载的有限元分析模型,分析了管道涡流加载的感应电流和电磁力分布,对比分析了涡流加载线圈结构、尺寸和激励电流参数的变化对于电磁加载效果的影响,并设计了用于金属管道的涡流加载线圈,为电磁声发射技术应用于金属管道检测提供理论依据。

柔性无芯片RFID金属裂纹传感器设计

为检测非平面金属结构的表面裂纹宽度,降低传感器成本,设计了一款基于柔性基底的十字形RFID金属裂纹传感器。利用HFSS软件进行传感器结构优化与性能仿真。研究基板材料、厚度、弯曲程度对传感器性能的影响,确定PET柔性基底材料及结构参数;将传感器共形于柱面金属,检测表面裂纹宽度0~2 mm范围内的裂纹缺陷,并对不同裂纹宽度的传感器幅频特性响应进行分析;对传感器样品进行测试,测得其灵敏度可达104 MHz/mm,证实了利用柔性基板传感器检测非平面金属的可行性。所设计的柔性基板传感器可依托大面积印刷技术,为今后在大规模金属结构中高密度部署传感器提供可能。

起重机械金属结构缺陷的热成像技术研究

对起重机械金属结构裂纹缺陷的识别是红外热成像检测技术的新方向。介绍了脉冲红外热成像技术检测原理,设计了脉冲红外热成像检测系统,并根据脉冲红外热成像检测系统搭建了脉冲红外热成像检测系统实验平台。采用中值滤波和巴特沃斯低通滤波对实验中采集到的红外图像进行图像处理,并针对以上算法处理后缺陷轮廓边缘模糊的问题,提出了巴特沃斯带通滤波算法。对图像进行阈值分割、边缘检测后提取出缺陷轮廓特征,根据平板试件的实际尺寸和轮廓特征图像像素之间的换算关系,最终得到裂纹缺陷的识别精度。经过对比验证,脉冲红外热成像技术可以满足对起重机械金属结构裂纹缺陷检测的检测需求。

电磁声发射检测技术的涡流激励方法

本文使用电磁声发射的有限元分析模型,深入分析了缺陷顶点的形变随激励电流的变化规律,论证了涡流激励声发射的可行性,并引入断裂力学对缺陷处形变的性质进行了分析。进行了基于涡流加载的电磁声发射实验,采集到了来自不同激励电流下缺陷的电磁声发射信号,实现了对裂纹的定位,得到了声发射信号的波形特征,验证了有限元分析模型的正确性,这为使用有限元方法直接计算和分析电磁声发射信号的幅频特性提供了坚实的理论和实验基础。

基于小波和凯瑟效应的电磁声发射信号特性分析

针对脉冲电磁涡流激励下,金属铝板的声发射信号具有宽频率响应以及低频干扰严重的特性,使用小波包和快速傅里叶(FFT)方法研究了不同加载条件下来自不同试件信号的高低频能量特性,揭示了不同试件的信号特征,得到了缺陷的声发射信号以及噪声的强度特性。基于声发射理论,将有限元计算的形变和声发射信号进行了归一化处理,并依据凯瑟效应,建立了有限元分析和声发射信号之间的内在联系,为理论和实验研究电磁声发射技术提供了重要的理论和实验依据。

基于微带天线的结构健康监测技术研究进展

对微带天线测量技术应用在结构健康监测领域中的优势进行了简单阐述,重点针对结构健康监测领域中较为关注的应变、裂纹和温度三种参数,分别介绍了近年来国内外微带天线测量技术的研究进展,对各项研究中传感器的结构设计、工作频率、灵敏度、温度范围和裂纹分辨率等关键指标进行了总结。最后,总结了微带天线测量技术的发展历程,基于实际应用中需要考虑的技术问题和应用环境对该项技术未来的发展方向进行了展望,并对国内该领域的研究方向提出了建议。