Investigation of three-pulse photon echo in thick crystal using finite-difference time-domain method

This paper investigates the phenomenon of three-pulse photon echo in thick rare-earth ions doped crystal whose thickness is far larger than 0.002 cm which is adopted in previous works.The influence of thickness on the three-pulse photon echo＇s amplitude and efficiency is analyzed with the Maxwell-Bloch equations solved by finite-difference timedomain method.We demonstrate that the amplitude of three-pulse echo will increase with the increasing of thickness and the optimum thickness to generate three-pulse photon echo is 0.3 cm for Tm^（3＋）：YAG when the attenuation of the input pulse is taken into account.Meanwhile,we find the expression 0.09 exp（α＇L）,which is previously employed to describe the relationship between echo＇s efficiency and thickness,should be modified as 1.3 · 0.09 exp（2.4 ·α＇L） with the propagation of echo considered.

铝面板泡沫夹芯结构材料脱粘缺陷的超声脉冲多次反射法检测

针对铝面板泡沫夹芯结构材料脱粘缺陷的检测问题,开展了超声脉冲多次反射法检测技术研究。分析了超声脉冲多次反射法的检测原理,制作了人工模拟缺陷试样,进行了自动检测C扫描成像,通过灰度点数量统计方法分析和优化了缺陷识别的结果。研究结果表明,超声脉冲多次反射法能有效检出铝面板泡沫夹芯结构材料中的脱粘缺陷,为材料研制和质量评估提供依据。

激光雷达接收机中时刻鉴别模块的研究和设计

时刻鉴别在激光雷达接收机电路中决定着系统整体的测量精度。考虑到传统的前沿时刻鉴别法测量精度不高,而恒比定时法又存在大量的器件损耗,提出一种新的时刻鉴别法。首先采用高、低两个增益并联的电压放大器,获得两个具有不同增益的脉冲电压信号;再通过四个比较器获得两个脉冲电压信号的前后沿;最后通过几何平均算法获得回波脉冲的形心,从而确定回波到来的时刻。Matlab仿真结果表明,所提时刻鉴别法的鉴别精度优于传统的时刻鉴别法。通过Multisim对时刻鉴别模块进行仿真,结果显示电压放大器和比较器的输出波形均符合预期效果。最后把设计的时刻鉴别模块应用于接收机中进行实验,结果表明该模块可达到三维成像激光雷达接收机电路的系统精度要求,有较好的三维成像效果。

油气水三相流相含率超声测试模型优化

油气水多相流广泛存在于油气工业过程。针对现有油气水多相流相含率模型对超声换能器测量信息利用有限这一问题,提出了一种水基分散分层流相含率超声测试模型的优化方法。利用最大粒径模型,研究了水基分散分层流中分散相粒径变化规律,确定粒径-波长比的范围处于中波长区。根据超声脉冲回波法,采用“一发三收”超声换能器测试系统,提出了水基分散分层流中超声扩散衰减的测试方法。在此基础上,结合Faran弹性散射理论,建立了油水分散流含油率超声测试模型。利用换能器渡越时间测量信息,提出了声程波动修正参数,改进了油水分散流中混合声速测试模型,并进一步优化了含气率测试模型。仿真结果表明,水基分散分层流含气率预测平均相对误差和均方根误差分别为0.43%和0.23%,含油率预测平均相对误差和均方根误差分别为3.30%和0.28%,验证了所提出的基于混合声速的相含率测试优化模型的有效性和准确性,为油气水多相流超声测试方法提供理论依据。

异步传输模式下电路探测激光回波信号增强

激光回波信号是电路探测传输的常用信号,信号强度是保障集成电路探测效果的关键,因此提出大数据异步传输模式下的电路探测激光回波信号增强方法。利用多权重混合分布模型消除激光回波信号的背景噪声;根据异步传输模式的通信方式,建立激光回波信号接收机,接收保留完整信号信元;利用整形脉冲信号处理方法完成信号累积和自适应匹配滤波,实现大数据异步传输模式下电路探测激光回波信号的增强。实验结果表明,所提方法的信号增强结果在任意波长处的能量和光谱强度均较高。

脉冲激光引信烟尘环境后向散射回波特性

针对激光引信在烟尘环境下探测时容易被烟尘散射和反射干扰引起虚警或漏警的问题,提出基于T矩阵法和Monte Carlo方法建立烟尘环境下脉冲激光的后向散射回波模型,进行905 nm脉冲激光在不同烟尘环境下无目标和有目标情况的仿真计算,研究不同烟尘浓度、不同收发间距和不同目标距离下的激光后向散射回波特性。通过现场试验,对比实测归一化值与仿真归一化强度值验证了脉冲激光在烟尘环境下的后向散射模型的精确度,为后续脉冲激光引信在烟尘条件下的抗干扰探测奠定了基础。

声管脉冲回波法吸声系数测量技术

利用可控脉冲声信号，采用回波方法，在圆形声管中测量了样本材料的吸声系数。依据回波信号和入射声波的功率谱密度先解算反射系数，然后计算吸声系数。与B＆K4206阻抗管测量结果相比，在200Hz～5kHz频段内吸声系数差别在10％以内。所用脉冲声具有波形规则、脉冲时间短、频带宽的特点，测量精度比同类方法显著提高，特别是低频区域数据可靠。测量系统装置简单、重复性好。测量装置的不确定度主要源于样品在声管中安装的精密性。

基于超声脉冲反射法评估大电机定子绝缘的老化状态

该文提出一种基于超声反射法的大电机(300MW,18kV)主绝缘状态诊断方法。用这种方法可以测量超声纵波在主绝缘中传播的统计最小声速,统计平均声速,声衰减和统计缺陷率。在实验室分别对已运行16年、18年、23年和新的定子线棒进行了试验研究,并在发电机现场进行 了定子绕组超声检测试验。试验结果表明,统计最小声速和统计平均声速随绝缘运行年数的增长不断减小,统计最小声速减小的趋势比统计平均声速更明显,严重老化的主绝缘由超声检测得到的统计缺陷率增大。大电机定子绕组的超声现场检测试验验证了超声反射法在发电机小修条件下的应用性。超声反射法是一种有效的、实用的大电机主绝缘状态诊断方法。

厚截面复合材料局域孔隙超声检测方法

采用超声脉冲反射法对厚截面复合材料局域孔隙缺陷进行检测,提取超声背散射信号进行分析。结果表明,在材料近表面区域可能产生共振结构噪声,孔隙会导致结构噪声频率降低、幅值减小;在远表面区域的背散射信号恢复正常状态,孔隙则会导致较小幅值回波的出现。在此基础上提出了基于背散射信号处理的局域孔隙识别方法。对近表面信号使用改进S变换生成时频系数矩阵,再计算信号主频极小值及增益来识别孔隙。对远表面信号则先进行小波变换模极大值去噪,再使用改进S变换生成时频系数矩阵,最后计算信号主频极大值及增益来识别孔隙。对厚截面复合材料平板和曲面试块的实验表明,使用该信号处理方法可以有效识别厚截面复合材料局域孔隙缺陷。

活性粉末混凝土动静弹性模量试验研究

为获得活性粉末混凝土(RPC)的弹性模量随强度等级和钢纤维掺量的变化规律,并确定超声脉冲法和冲击回波法所测动弹性模量与其静弹性模量之间的定量关系,制作RPC试件24组,分别采用超声脉冲法、冲击回波法和静力法测定了各组试件的强度或弹性模量。基于试验结果,建立了RPC静弹性模量与立方体抗压强度及动弹性模量间的统计关系。结果表明:RPC钢纤维掺量对其抗压强度、弹性模量以及波速的影响较小,相应影响可以忽略;RPC静弹性模量随抗压强度等级的提高而增大;超声脉冲法表观波速约为冲击回波法的1.06倍,但两种方法所确定的动弹性模量相近,静弹性模量约为动弹性模量的0.9,呈现良好的线性关系;抗压强度相近时,RPC的弹性模量介于普通钢纤维混凝土和高强混凝土之间。

基于超声射频回波分布的脂肪厚度测量

提出了一种基于超声射频(RF)回波分布检测皮下脂肪厚度的方法。该方法首先根据浅表组织结构特征,找出射频回波信号中不同组织间界面的分布,然后采用脉冲反射法测量各层组织厚度,并将结果与B型超声诊断仪和直尺对比,最后设定阈值对射频回波进行峰值检测。实验结果证实了利用射频(RF)回波分布测量皮下脂肪厚度的可行性。

碳纤维复合材料超声脉冲反射信号频域建模

对碳纤维复合材料(CFRP)层板超声脉冲反射信号频域进行研究,首先分析了CFRP层板中纤维层和树脂层的声波反射系数频域特征,结果表明,正常纤维层和树脂层、含孔隙纤维层和厚树脂层对反射系数有不同的影响。在此基础上建立了CFRP层板超声脉冲反射信号频域模型,反射信号频谱由正常纤维/树脂层频响、含孔隙纤维层频响、厚树脂层频响、探头频响以及噪声信号频响组成。使用该模型对含孔隙和无孔隙CFRP层板分别进行数值模拟,得到的频谱和对应CFRP层板实验信号频谱相比,两者主要频率成分具有一致性。

岩石三阶弹性模量的高精度测定研究

基于岩石的声弹理论,通过脉冲回波方法测量双轴加载条件下沿薄板岩样厚度方向传播的超声纵、横波波速变化,来测定岩石的三阶弹性模量。试验结果表明:将横波和纵波传感器放置于岩样中心部位的相对表面上,测量同一地点的纵、横波波速,不仅减弱了双向加载端部效应,而且克服了岩石的非均质性对测量结果的影响。此外,通过脉冲回波方法测量多次回波信号的时间差,来克服耦合剂和测量电路对走时差的影响。该方法可以实现岩石三阶弹性模量的高精度测定,从而为地应力测量声弹法的实现提供技术保障。

基于EMD的电弧反射电缆故障测距脉冲信号提取方法

电弧反射法(ARM)电缆故障测距脉冲信号受故障电弧电压的干扰,故障反射脉冲不易识别,无法满足故障定位要求。分析了干扰产生的原因和受扰脉冲信号的特性,通过经验模态分解(EMD)分析了受扰脉冲信号的时频分布规律。论证了根据受扰脉冲信号特定时段均值特性可以对脉冲信号和干扰进行分离。据此提出基于受扰脉冲信号特定时段均值特性和EMD滤波的ARM脉冲信号提取算法。该方法不需要预定义信号分解层数和基函数,完全由数据驱动实现,因而具有较好的自适应能力。实测数据处理结果验证了算法的有效性。

大电机主绝缘剩余寿命智能评估的超声技术

研制了大电机主绝缘剩余寿命的超声智能评估系统。该系统采用超声脉冲回波检测方法和虚拟仪器技术开发平台,在已运行16、18、23年的300MW发电机定子线棒主绝缘和备用定子线棒主绝缘超声声速统计数据库的基础上,通过测量主绝缘的超声最小声速和平均声速,可智能预测最可靠和95%可靠剩余运行年数。一台已运行23年的300MW发电机的现场试验证明,评估结果对发电机的安全运行具有指导意义。

智能超声波位移测量仪的研究

介绍了智能超声波位移测量仪的工作原理和结构,并对该仪器性能进行了实验测试和误差分析,它具有测量精度高、反应速度快、使用方便等特点。

发电机定子线棒绝缘超声波速的研究

用超声纵波脉冲反射法,对不同运行年数发电机退役的定子线棒绝缘进行了超声检测试验,根据测到的 超声脉冲A扫描F波和B波的间隔时间编制了波速计算程序并计算了超声测量试验获得的A扫描波形。研究发 现,测到的定子绝缘最小波速和平均波速随着发电机运行年数的增长不断减小,且最小波速比平均波速减小的趋 势更明显,最小波速和平均波速能有效反映发电机定子绝缘的老化状态。

超声脉冲反射法和激光吸收光谱法同步测量流动液膜厚度

液膜流动现象在工业过程中广泛存在,对流动液膜厚度测量方法的测量研究至关重要。首先利用已知液膜厚度的标准具(100~1000μm)对超声脉冲反射法和激光吸收光谱法精度进行验证;结果表明,超声脉冲反射法测量液膜厚度的平均测量误差为1.07%,激光吸收光谱法测量液膜厚度的平均测量误差为1.29%。同时结合两种方法对流动液膜进行研究,结果表明,当液膜在低速/中速/高速流动时,两种方法测量流动液膜的平均厚度吻合良好,平均厚度差值分别为16.59、16.26、13.36μm,流动液膜厚度的标准方差的相对偏差分别为0.29%、7.71%、25.37%,且在三种不同速度下两种方法测得在1s的周期内液膜波动次数一致。

基于横向场激励的高频压电超声换能器

介绍了一种基于横向场激励模式的高频压电超声换能器及其设计、分析和制作过程。采用扩展的Christoffel-Bech-mann方法对LiNbO3、LiTaO3和PMN-33PT三种不同压电材料的a模式横向场压电耦合系数进行了计算,发现这三种材料中LiNbO3具有最大的LFE a模式压电耦合系数,为28%。采用具有最大压电耦合系数的X切LiNbO3设计并制作了基于横向场激励的高频超声换能器,并采用传统的Pulse-Echo方法测试了该超声换能器的中心频率和带宽。实验测得该LFE高频超声换能器的中心频率为34MHz,-6dB带宽为14.4%。从理论和实验上证明了横向场激励模式可以应用于高频超声换能器。

定向结晶合金材料全部工程弹性常数的超声测定

采用超声脉冲回波重合法（ＰｕｌｓｅＥｃｈｏＯｖｅｒｌａｐ）对一种定向结晶耐高温合金材料进行了研究，精确测试了该材料中沿不同方向传播的超声纵波及横波的声速，计算出慢度曲线，并确定了材料的全部工程弹性常数．通过对工程弹性常数及慢度曲线对材料进行评价。