天然气水合物饱和度与声学参数响应关系的实验研究

天然气水合物饱和度是评估天然气水合物资源量的重要参数,而用来估算饱和度的速度模型则是有限的几个,它们有的为经验公式,有的是以实验数据或野外资料为基础建立起来的,需要进行实验验证和参数分析以确定其使用的适用性.本文首次利用超声和时域反射联合探测技术,研究了沉积物中水合物饱和度与声学特性的关系.并对时间平均方程、伍德及其修正方程、李权重方程和BGTL(Biot-Gassmann Theory by Lee)理论等常用的水合物饱和度估算模型进行了验证.实验结果表明,超声和时域反射联合探测技术能有效地实时获得水合物饱和度和纵、横波速的实验数据,李权重方程和BGTL理论的速度预测值与实验值比较吻合,有广泛的适用性.

超声兰姆波的时频分析

声-超声方法在被测板件厚度较小时,板中传播的超声波模式主要是多模式的兰姆波。由于兰姆波的复杂性,声-超声方法回避了对信号进行进一步深入的分析,而采用所谓“应力波因子”对材料中能量耗散进行相对度量。当多模式与频散同时存在时,信号的识别异常困难,本文采用时-频分析的方法对声-超声信号进行了分离,只需一次测量就可满足分析要求。通过对兰姆波信号的伪Wigner-Ville分布进行时频重排和图像特征提取,能够精确地获得兰姆波的局部群速度频散曲线。

基于超声时域特征及随机森林的磷酸铁锂电池荷电状态估计

荷电状态(SOC)是电池管理系统中的重要监测指标。磷酸铁锂电池因开路电压与SOC曲线过于平坦而导致电信号对SOC变化不敏感,从而难以实现精确估计。超声信号可以检测电极材料物理性质变化,继而建立构效关系来表征电池状态。该文融合高相关性超声特征和低复杂性回归模型提出了一种磷酸铁锂电池平台期SOC估计方法。首先,分析超声波发射频率、电流倍率和温度等不同条件下常规超声特征与SOC的一致性和相关性变化;然后,基于超声结构特征进一步扩展多维高相关性超声时域特征;最后,对比多种数据驱动和模型驱动方法后提出一种基于随机森林的SOC精确估计方法。实验结果显示,不同动态工况下SOC估计的方均根误差和平均绝对误差分别低于1.9%和1.6%,验证了此方法进行SOC估计的可靠性与准确性。

扭纵复合型超声电动机的时域驱动模型

基于动力学原理，提出了一种扭纵复合型超声电动机（ＴＬＨＵＳＭ）的时域驱动模型。该模型可以模拟计算超声电动机的转速、转矩和效率等特性。试验表明，用提出的模型计算的超声电动机的负载特性和效率与试验结果一致。该模型可研究预压力、定子两路振动振幅及其振动相位差等输入参数对电动机负载特性的影响，用于指导这类超声电动机的设计和性能评价。

激光瑞利波的时间依赖性探测表面缺陷深度

针对金属构件表面微小缺陷非接触式定量检测的难题,本文采用有限元法模拟了激光产生的瑞利波与不同深度的表面缺陷的相互作用,研究了瑞利反射波与表面缺陷深度的时间依赖关系。通过分析该时间依赖关系的产生机制,提取出能够定量表征表面缺陷深度的时域特征量,得出了该时域特征量与表面缺陷深度的数学关系表达式,并利用该数学关系表达式进行了激光超声表面缺陷检测实验中的深度计算。结果表明,实验结果与数值模拟结果具有良好的一致性,该时域特征量与缺陷深度呈线性关系,能够定量表征表面缺陷深度的范围为0.1~0.5 mm,最大误差≤0.06 mm。

基于波形特征和小波的脉搏波特征点识别研究

脉搏波是人体心脏有节律的收缩射血,血液流经弹性血管所产生的波动。不同的人在不同的生理状态下的脉搏波波形是不同的,因此脉搏波的特征点识别对于分析人体的生理病理状况、预防诊断心血管疾病是非常有帮助的。本文结合小波分析和脉搏波时域特征,提出了一种从脉搏波预处理到特征点准确识别的综合算法,实验表明该算法能够有效识别处于不同运动状态的脉搏波特征点,为后续相关人体生理病理信息的有效提取创造了条件。

基于局域波法的时频局部能量特征提取方法

在故障诊断中,特征参数的选择尤其重要,而局域波法的引入拓广了特征参数的选择途径。在局域波时频分析理论的基础上,引入了时频局部能量的概念,进而提出了一种基于时频平面的局部能量特征提取方法。以柴油机缸套活塞磨损故障的诊断为例,说明了时频局部能量特征提取方法的有效性。

长骨裂纹宽度和角度对低阶超声导波的影响

超声导波检测长骨骨折和监测骨折愈合已成为一种极具前景的课题,但高频厚积下导波多模式混叠带来的模式识别和分离问题一直是一个难点。为避免上述问题,在低频下仅激励两个低阶兰姆波SO和AO模式,采用二维时域有限差分(2DFDTD)法定量分析裂纹宽度和骨折角度对SO和AO幅度的影响。结果表明,SO与AO模式的幅度均随裂纹宽度的增加而下降;AO的幅度随骨折角度增大而上升,SO幅度随骨折角度增大先下降后上升,转折点约为45°。SO与AO的幅度比值在不同骨折角度下均能较好地表征裂纹宽度的变化,可为横断型和斜切型长骨骨折状况的超声评价及骨折愈合监测提供依据。

脉搏波信号时域特征提取与算法的研究

研究脉搏波信号时域特征以及提取算法,针对脉搏波信号中若干有明确生理意义的特征点(如主波、潮波、重搏波等),提出采用极值法从脉搏信号中提取上述特征点,并根据特征点来计算脉搏周期。仿真实验证明,采用极值法与传统的脉搏信号提取法相比,极值法的脉搏特征提取更简明、准确。

激光超声导波分频段时域滤波及频率波数域逆时损伤成像

构建了一个激光激励和激光多普勒扫描拾振的完全非接触式超声导波损伤检测实验平台,实现对结构中超声导波场的高分辨率拾取,克服了常规接触式导波换能器致使波场检测空间分辨率低等不足。提出分频段时域滤波的方法,将激光超声宽频带信号分解为多个窄带信号以抑制频散效应,进而在无基准信号的前提下实现对损伤信号的提取;在此基础上应用频率波数域逆时损伤成像方法重构入射波场及损伤散射波场,以确定损伤边界,进而综合各窄带信号的损伤成像结果以获得更为精确的成像。仿真和实验结果表明:结合小波分析分频段时域滤波法与频率波数域逆时损伤成像方法能够实现各向同性板状结构中损伤的非接触检测,在工程实践上具有更广的应用价值。

材料薄层超声无损测厚方法评述

介绍了四种典型的材料薄层超声测厚方法———脉冲回波法、时域反射场分析法、兰姆波法及表面波法,阐述了四种测厚方法的基本原理,并结合具体的研究实例,对不同测厚方法的优缺点和适用条件进行了综合评述。

时域有限差分法研究长骨中的超声导波

目的基于时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)法研究长骨弹性模量对超声导波传播特性的影响,为早期骨质疲劳的超声导波检测方法提供理论依据。方法对长骨进行理论建模,并对不同弹性模量下的长骨模型进行FDTD仿真;通过对仿真数据的分析,计算出不同模式导波的相速度、群速度、中心频率及能量等特性参数。结果长骨的弹性模量与超声导波的传播特性参数密切相关,各个导波模式的相速度、群速度、中心频率和能量均随弹性模量的减小而减小,其中L(0,5)模式的变化趋势最为显著。结论超声导波的传播特性参量能够反映出长骨弹性模量的变化,进而为长骨早期疲劳诊断提供了一种可能的方法。

果蝇振翅鸣声信号特征分析

发声是动物间进行交流的信息方式,声音信号的特征对应于动物的某种行为.以Matlab为工具,对采集到的雌、雄地中海果蝇飞行时振翅产生的声音进行了时域和频域的分析、比较,并提取其声音信号特征参数,即正常飞行鸣声的波形都为正弦波,声音的基频为147Hz,并带有多个谐波,其窄带声谱图具有良好的频率分辨率.研究还表明这种果蝇种内雌雄两性飞行时振翅特征有很大相似性.

基于超声波诊断的GIS设备异常分析方法

为提升气体绝缘组合电器(GIS)局部放电现场检测水平,对基于超声波诊断的GIS异常分析方法进行了研究。根据现场检测搜集的大量数据,总结出典型GIS局部放电的超声波信号时域和相位分布特征,并且分析了局部放电信号和常见干扰信号在时域特征和频域分布上的差异。研究了声电联合定位方法、超声波时延定位方法和超声波小波时频定位方法在GIS现场局部放电检测中的应用,检测结果表明这个方法具有较高的定位精度和准确性。

仿形诱饵体毫米波辐射特性研究

为了研究仿形诱饵体的毫米波辐射特性,在目标毫米波探测原理的基础上,建立了辐射计对地面目标的归一化天线温度对比度模型,分析了目标在不同状态下的归一化天线温度对比度;实验获得了诱饵材料和某型装甲目标的毫米波辐射信号,通过对信号的处理,提取目标信号的时域特征,对比分析了实验和计算的信号特征量。结果表明,仿形诱饵体和装甲目标有着相似的作战效能,诱饵材料的毫米波辐射特性的研究对仿形诱饵体的设计提供了一定的理论依据。

裂隙煤岩材料超声波无损探伤实验系统设计与应用

超声波无损探伤实验是工科教育的重要实践教学环节,对于培养学生实践操作能力和创新思考能力具有重要意义。深部地下工程中,煤岩材料往往含有大量孔隙和裂隙,常规超声波无损探伤实验技术难以对煤岩材料内部损伤程度进行定量化评估。为了提高超声波无损探伤效果,基于MATLAB GUI开发了适用于裂隙煤岩材料的超声波无损探伤实验系统,系统包括超声波时域特征分析模块、频谱特征分析模块、散射特征分析模块和材料损伤综合评估模块。该实验系统可用于分析超声波穿透煤岩材料后的幅值衰减规律、主频变化规律和波形散射特征,最终采用品质因子对煤岩材料损伤状况做出综合定量评估。该实验系统提高了超声无损探伤实验技术适用性,有助于学生充分理解煤岩材料无损探伤的技术原理和操作方法,提高学生在地下岩土工程安全检测方面的实践应用能力。

脑电波的预处理和时域特征抽取

本文提出了几种去除脑电波中各种伪差和干扰的方法,并首次提出了几个有效的时域特征参数.实验结果表明有效识别率为95%.

基于时域特征的故障行波灰色残差修正组合预测算法

针对传统故障行波灰色残差修正组合预测算法存在行波检测性能较差的问题,设计一种基于时域特征的故障行波灰色残差修正组合预测算法,对故障行波数据实施预处理,包括数据平滑处理、归一化处理、空穴填补、平稳化处理、失真数据查找与修正,利用处理后的故障行波数据,基于故障行波的时域特征对故障行波实施故障行波波形变化跟踪,通过TEO能量算子实现波形变化跟踪,根据故障行波波形变化跟踪结果,构建故障行波灰色残差修正模型,实现故障行波灰色残差修正组合预测算法。仿真实验结果证明,该算法的行波检测性能优于传统算法,实现了传统算法的性能突破。

煤体中超声波参数的实验研究

采用声发射实验技术对大安山无烟煤与三河尖肥煤的超声波波速、衰减系数、超声波的时域特征和频域特征进行了研究。研究结果表明,受空隙率和含水率等的影响,无烟煤中的平均波速大于肥煤中的平均波速,其衰减系数平均值低于肥煤的衰减系数平均值;超声波的时域特征和频域特征受煤的品质和波形频率的影响,无烟煤的主频幅值大于肥煤,衰减周期小于肥煤,并且随着波形频率的增加,衰减时间下降,透射波形的能量更加聚集于主频。这些结论可为采掘前煤炭品质和种类的定性提供理论依据。

超声导波定量评价长骨骨折状况

采用超声导波评价长骨骨折已成为近年来的研究热点之一,为了定量地评价长骨骨折状况,本文采用二维时域有限差分仿真方法定量分析了超声导波在部分断裂和完全断裂的长骨中的传播情况.结果表明,采用低频窄带高斯包络正弦信号可成功激励出两个低阶导波模式S0和A0,其中A0模式对长骨骨折状况较为敏感.S0和A0模式幅度的比值S0/A0被用于评价长骨骨折程度,S0/A0随裂纹宽度、裂纹深度的增加显著上升.因此超声导波模式转换现象可用于定量表征骨折长骨的裂纹深度和裂纹宽度的变化,对长骨骨折愈合的监测也具有一定意义.