基于压电传感器的混凝土空洞缺陷发展与修复监测试验研究

为监测混凝土结构服役期间其空洞缺陷的发展情况、缺陷修复后混凝土的缺陷程度并判定相应的抗压强度,探索一种基于应力波的监测方法:将两枚压电传感器粘贴在混凝土试件表面,一枚作为致动器,另一枚作为传感器,利用信号源产生电压信号激励致动器产生应力波,同时测量试件在不同空洞缺陷直径下及缺陷修复后传感器的输出电压,引入输出电压的特征值,之后测试相应试块的抗压强度,建立特征值与混凝土抗压强度间的定量关系评价混凝土力学性能。通过有限元模型研究了混凝土在不同直径的空洞缺陷下应力波的传播特性,证明了幅值与相位表征混凝土缺陷程度的可行性,由此提出基于波飞行时间的损伤参数和基于幅值的能量指数评价混凝土缺陷状态。最后设计了混凝土空洞缺陷发展与修复监测试验,采用扫频信号和脉冲信号对试块进行监测并提取特征值(能量指数、损伤参数)评价混凝土缺陷修复前后的缺陷状态及抗压强度,验证了该方法的可行性并给出了不同激励信号的适用条件。

融合Radon变换的孔边裂纹Lamb波定位成像研究

基于不同模态Lamb波与孔边裂纹相互作用的基本原理,聚焦不同模态Lamb波波包飞行时间精确检测问题,以各向同性板中的孔边裂纹为研究对象,开展了融合Radon变换的孔边裂纹Lamb波定位成像研究。首先,使用宽频chirp信号激励稀疏传感器阵列产生Lamb波,并采集通孔散射信号作为基线信号,采集孔边裂纹散射信号作为缺陷信号。其次,对chirp响应信号进行滤波处理,优化选取窄带单音频脉冲响应信号的中心频率和调制周期数。然后,对基线单音频脉冲响应信号进行Radon变换,得到优化后的群速度和偏移时间,并计算出Lamb波波包飞行时间。最后,使用椭圆定位成像算法对孔边裂纹进行定位成像,并将成像结果与名义群速度法的结果进行对比。结果表明,使用Radon变换可以准确获取Lamb波波包飞行时间,提升了不同模态Lamb波对孔边裂纹缺陷的检测能力。

基于命中的机场航班中转衔接性优化

为解决目前中国机场中转衔接效率不高的问题,通过分析影响机场航班中转衔接性的因素,基于航班波的理论定义命中的概念及其计算方法,构建了以枢纽一日中转衔接命中数最大化为目标,同时考虑时间约束、绕航约束和跑道容量约束的时刻调整模型。设计自适应模拟退火遗传算法对模型进行求解,在自适应遗传算法中引入模拟退火的思想提高算法的全局搜索能力和收敛速度,并与传统遗传算法和模拟退火算法进行对比。对首都机场一日起降航班数据进行实证分析,分别求解出3种时间窗调整时长下的最优命中数,并迭代出相应的航班时刻表。结果表明,改进算法能在更短时间内获得较高质量的近优解,优化后的航班时刻呈现出明显的波形结构,机场的中转衔接性能得到了有效提升。

基于反射的L(0,1)导波的分段式管道腐蚀定量监测方法研究

腐蚀导致管道壁厚减薄,进而降低管道的强度和完整性,威胁管道的运行安全.提出了一种基于反射的L(0,1)导波的分段式管道腐蚀定量监测方法.通过分析不同壁厚下管道中L(0,1)导波的变化规律,提出使用反射的L(0,1)导波走时变化作为壁厚损失敏感特征,建立了反射波走时变化与壁厚损失的理论关系,根据实测的反射波走时变化和该理论关系量化管道壁厚损失.开展了实验研究,在管道上激发L(0,1)导波,使用实测的反射波走时变化评价管道壁厚损失,并结合理论关系得到对应的壁厚损失.结果表明:通过反射波走时变化可以灵敏识别和准确量化管道壁厚损失,由反射波走时变化评估的壁厚损失与超声测试值较为一致.与已有的导波方法相比,所提方法提高了对管道壁厚损失的分辨率和量化精度.而且,该方法克服了超声测试只能逐点扫描,检测精度受多种因素影响,无法远程实时在线定量监测管道壁厚损失的不足.

大豆浸出混合油的超声传播特性研究

本文报道大豆浸出混合油的超声波特性研究,通过一套由PC286微机控制的高精度超声波测量仪,精密地测定了浓度为0％～30％,温度为30℃～60℃的大豆浸出混合油中超声波的传播时间,计算了超声波的传播时间,温度和浓度的相互关系,为浸出混合油浓度的超声波在线检测提供了依据。

超声临界折射纵波测量应力的温度影响

超声临界折射纵波(LCR波)法是无损检测工作状态下结构应力的有效方法。超声LCR波法是敏感测量方法,温度直接影响超声波的传播速度,也会引起超声换能器的尺寸变化。根据超声波测量应力的基础理论-声弹性理论,分析声弹性系数和零应力下飞行时间与温度的定量关系,得到超声波测量应力的温度补偿公式,通过试验测量不同温度下超声LCR波飞行时间。结果表明温度对超声LCR波测量应力的影响归结于温度对超声LCR波传播声程的影响,温度越高超声LCR波传播的有效声程越长;设计的一发两收超声换能器可有效地消除声楔块和耦合剂的影响,将温度的影响程度降低至10%,可显著提高测量精度和稳定性;试验测量与理论计算得到的飞行时间与温度关系有着良好的一致性,充分验证了补偿公式的准确性。

雷达液位仪测量原理的分析及应用探讨

雷达液位仪作为一种非接触式的高精度液位仪表,目前广泛应用于石油、化工等行业。按所采用时间测量方式的不同,雷达液位仪主要可分为两种,一种是微波脉冲(PTOF)测量方法;另一种是连续波线性调频法(FMCW)。介绍了雷达液位仪的基本测量原理;针对微波脉冲测量和连续波线性调频测量方法,分析比较了优缺点,指出了在应用中应注意的问题;以BM70A型雷达液位仪为例,给出了几种典型应用。

基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法

气体绝缘开关设备(GIS)中发生局部放电(以下简称局放)时,为查找绝缘缺陷,需对局放源进行准确定位。超高频(UHF)时差定位法由于原理简单、实现方便、定位精度高等优点获得了广泛应用,但当局放信号的初始脉冲较小而难以确定信号的起始脉冲时间时,UHF时差法将难以有效运用从而导致较大误差。为提高时差定位法的准确性,对局放电磁波在GIS中的传播路径特性进行研究,分析结果表明,局部放电产生的电磁波在GIS中的传播路径与局放源的位置、检测点的位置密切相关,据此提出了基于传播路径的脉冲时差定位法。实验结果表明,当局放源位于GIS外壳附近、电磁波信号初始脉冲很小、难以辨识时,用该方法可以准确定位。

应力波在美国红松立木中传播机理的试验研究

为了解应力波在立木中的传播机理,本试验用3根新砍伐的美国红松原木来模拟立木,用FAKOPP应力波微秒计测量不同横截面上各个网格节点处的应力波到达时间。结果表明:1)在原木中纵截面上,应力波传播时间等值线在开始阶段为倾斜曲线;随着距离的增大,等值线倾斜度逐渐减小,直至最后与原木长度方向近似垂直。2)应力波到达同一个横截面各部位的时间差与传播距离和原木直径有关,传播距离越长,时间差越小;原木直径越小,时间差越小。3)应力波在中纵截面上,原木表层的传播距离与传播时间之间有很好的比例关系。

超声波信号渡越时间参数法测量空气中温度分布

超声波已成功在医疗、化工和无损探伤等领域得到广泛的应用。根据超声波在空气中的传播速度会随着温度改变而改变这一特点,本文把空气中的温度场作为研究对象,利用超声波信号在空气中的渡越时间参数TOF(Time of Flight)来对空气中的温度分布情况进行超声波CT画像的重建。

航空发动机试飞振动实时监视技术研究

针对某型航空发动机的试飞需求,设计振动实时监视的实施方案,根据方案设计配置振动实时监测设备,并利用该设备与原有的设备资源共同实施试飞中发动机振动的实时监视。结果表明,方案设计和设备配置,满足试飞需求。

超声波在空气温度场重建中的应用

超声波在空气中的传播速度会随着空气温度的变化而变化,利用超声波穿越被测温度场区域的平均速度场,可以重建对应区域的平均温度场。提出了一种易于实现的超声波重建二维温度场的方法,在被测温度场周围布置8个收发一体的超声波传感器,并将被测温度场划分为24个小区间,由超声波通过每个小区间的平均速度值获得各小区间的平均温度,以该温度值作为小区间中心点的温度并进行插值,从而重建整个被测区域的温度场。

基于声弹性效应的螺栓轴向应力检测方法

基于声弹性效应原理,研究了超声波在螺栓内的传播速度与轴向应力间的关系,并采用纵横波结合法测量螺栓轴向应力.在介绍声弹性效应测量螺栓轴向应力原理的基础上,选择型号为M30×150的8.8级碳钢螺栓进行实验研究,利用信号互相关算法实现了纵横波渡越时间的获取,得到了螺栓在不同应力状态下的螺栓应力弹性系数变化趋势,并提出了一种分段计算螺栓轴向应力的测量方法,结果表明计算应力值与理论应力值平均误差率仅为2.026%,提高了螺栓轴向应力的测量精度.

基于超声波气体传感器的飞行时间测量系统

提出并搭建了一种基于双向回波法和数字相关法的超声波飞行时间测量系统。利用双向回波法标定传感器的电路延迟,获取测量时所用的参考信号。以参考信号和接收信号之间二重相关函数的最大值处作为粗糙定位点,在其附近对经希尔伯特变换后的函数进行线性插值,获取过零点作为最终的时间测量值。系统的标定精度能达到fs级,单次测量精度能够达到几纳秒至几十纳秒。该系统的优势是能够以低配模式获得高精度且可信赖的飞行时间测量结果,可应用于距离、流量和风速测量等领域。

基于临界折射纵波无损评价激光熔覆层应力

基于临界折射纵波声弹性理论对激光熔覆层应力的评价方法进行研究.结果表明,激光熔覆层各向异性组织及层间界面是导致其临界折射纵波信号信噪比低、波形畸变程度大的主要因素,弹性极限内随应力的增大,临界折射纵波信号间时间差基本呈线性规律增大,当应力达到658 MPa时,再随应力的增大,时间差呈跳跃趋势变化,激光熔覆层各向异性组织引起的熔覆层不均匀塑性变形是导致上述结果的主要因素,且随应力的增大该影响程度亦逐渐增大.应力验证结果最大相对误差为4.5%,因而认为采用临界折射纵波法可实现激光熔覆层应力的无损评价.

基于自干涉驱动技术的超声波飞行时间测量系统优化设计

超声波飞行时间测量极易受到噪声的干扰而影响检测精度。针对这一难点,利用幅值、相位调节技术驱动超声波换能器产生自干涉发射波形,通过相位检测预判接收信号到达时间,结合双阈值拟合算法计算飞行时间。该系统以信号处理器DSP为核心,采用CPLD完成高精度数字相位检测。与传统的超声波飞行时间阈值检测方法相比,该系统具有测量精度高、抑制噪声干扰等优点。

一种新的超声波绝对定位方法

针对常规的超声波定位方法存在对决定定位精度的声速与渡越时间估算不准,导致定位精度有限的问题,提出了一种新的超声波绝对定位方法,即冗余超声波信息特殊融合法(SFMRUI)。SFMRUI利用冗余信息间的几何关系,以及冗余信息与误差间的隐含关系来修正误差。SFMRUI能很好地消除渡越时间误差,能求出波头滞后误差,并能对测量精度做出评价。实验与仿真结果证明SFMRUI法是正确的,且能大大提高绝对定位精度,与时差法和常规法相比优势很明显。

互相关函数步长影响超声波评价涂层应力的实验研究

以声弹效应理论为基础,结合力学拉伸实验,采用表面超声波法对涂层应力进行评价,并在互相关函数法的基础上计算应力引起的信号间时间延迟。结果表明:当涂层试样处于弹性变形范围内时,随着应力的增加,表面超声波在涂层中的传播速度逐渐变大,而当拉伸应力达到一定值使得涂层内部出现微裂纹时,随着应力的增加,伴随着裂纹的扩展超声波波速会出现忽大忽小的变化;互相关步长n值是影响互相关函数计算结果精度的重要因素,随着n值的增加,拉伸应力-时间延迟曲线逐渐趋向于线性,而当n值达到1个周期时,随着n值的增加,拉伸应力-时间延迟曲线基本重合;对拉伸应力-时间延迟曲线进行线性拟合。其互相关值与标准差的计算结果也表明,当n值为1时,拉伸应力-时间延迟曲线与理论分析结果最接近。

TOFD检测中借助变型波确定缺陷偏心距及缺陷精确深度的探讨

在TOFD检测中,由于轴偏离误差的存在,当缺陷不位于探头连线中心时,软件对缺陷深度的计算是不精确的,且缺陷偏离探头连线中心的距离在现有的TOFD软件中不可测量。利用缺陷的变型波信号,通过测量缺陷纵波衍射信号和变型波信号的时间差,经程序迭代修正缺陷计算深度值,进而得到缺陷偏离探头连线中心的距离。理论推导及试验验证了该方法的可行性。使用该方法能够利用现有TOFD图像,得到缺陷偏心距及精确的缺陷深度信息。

高分辨力超声波飞行时间测量系统

从超声波飞行时间测量的传统方法入手,分析了这种方法不能提高测量分辨力的原因,阐述了提高测量分辨力的途径和方法;简要介绍了提高测量分辨力关键技术———时间内插法测量飞行时间的工作原理;给出了具体的实施方案———复杂可编程逻辑器件(CPLD)结合无源延迟线实现内插测量,实验验证结果表明:通过时间内插技术完成的飞行时间测量,消除了计数法中整时钟周期误差,大幅度提高了测量分辨力,降低了硬件成本,提高了系统稳定性,具有推广价值。