摘要：裂纹是导致众多结构失效的主要原因之一,采用超声兰姆波可有效地对板类结构中的裂纹等缺陷实现定位,但目前的技术尚无法实现对缺陷精细特征的测量。研究超声兰姆波与缺陷的交互作用,可为实现缺陷高精度检测奠定理论基础。采用散射系数矩阵表征弹性波与缺陷的交互作用,对兰姆波斜入射到裂纹时的散射特性进行仿真和试验研究,结果表明其散射场在周向上的分布并不均匀,有明显的波束指向性。随着入射角从0°变化到90°,波束指向角呈非单调性变化,且散射波能量迅速减小。当入射角为0°和90°时,S矩阵有明显的对称性,据此可测量裂纹的扩展方向。利用斜入射时裂纹散射场的特征可以设计合理的成像算法及传感器布置方案,以更有效地实现超声兰姆波对板类结构中裂纹的精细检测。

摘要：在分析管道中超声导波时反聚焦原理的基础上,设计并实现了一套适合激励压电换能器阵列,并对管道中超声导波能量在缺陷处进行时间-空间聚焦的时反聚焦检测系统。该系统实现的关键技术为:改进DDS(direct digital synthesis)结构,实现脉冲激励电路对时反特征信号进行合成发射;采用脉冲方式,实现小体积大输出功率的宽带线性功放电路;通过时反聚焦检测过程,实现管道中超声导波能量在缺陷处的时间-空间聚焦。采用该系统进行八通道时反聚焦检测实验,其结果表明,对于所用的含缺陷的管道而言,在特定的检测条件下,缺陷回波信号的幅值相对常规检测可提高246%,并且很好地抑制了导波的频散和多模态特性,提高了回波信号的信噪比。

摘要：针对超声导波检测设备采用Pulse-echo工作方式进行结构无损检测时,需检测到数百伏高压激励脉冲的发射时刻和数毫伏至数百毫伏回波信号的特点,设计了具有自保护功能的回波检测系统,该系统主要包括自保护电路、前置放大电路、滤波电路、程控放大电路和A/D转换电路等部分,通过DSP+FPGA构成一种易扩展的方式来实现检测过程的控制.试验结果表明,该系统能实现自保护、检测精度高,具有一定的实用性和推广价值.

摘要：为解决时反导波的激励问题,设计并实现了一种适合激励压电换能器产生时反导波的高电压激励板卡.在时反激励板卡的设计过程中,采用交互式状态机实现时反特征信号的快速合成,采用运放电路实现功率输出级电路的驱动,采用差分结构实现高压时反导波输出电路,以保证在实际检测过程中该激励板卡能根据检测要求快速生成所需要的高压时反导波.实际检测结果表明,该激励板卡不仅能驱动压电换能器产生用于常规超声导波检测所需要的窄带高压激励脉冲,还能产生时反检测所需要的高压时反导波.

摘要：针对电磁超声导波大功率激励信号的线性放大问题,研究采用多个功率场效应管线性放大并联输出电路作为功率输出级,以提高线性放大后信号输出功率的方法。采用前级场效应管线性放大电路源极驱动方式为功率输出级电路设置静态工作点,并提供瞬态交流输入信号。采用差分结构配置整个电路以抑制开关特性引起的抖动,从而实现低功耗、大瞬态输出功率的线性放大电路的设计。试验结果表明,该线性放大电路能驱动中心频率为180 k Hz的电磁超声传感器,且能获得高信噪比的导波检测信号;在驱动50?标准负载时能输出瞬态功率可达1.8 k W的导波激励信号,且波形失真小。所提出的电磁超声导波大功率激励信号的线性放大方法能有效指导该类电路的设计。

摘要：相控阵超声全聚焦成像充分利用了检测信号,具有成像精度高、可进行缺陷识别等特点,是未来最具应用前景的相控阵成像算法之一。然而,目前相控阵超声全聚焦成像仍不能实现缺陷的高分辨率成像,无法对缺陷进行准确的定性、定量分析。为此,采用有限元仿真相控阵传感器的全阵列采集(FMC)过程,在全矩阵数据的基础上设计全聚焦成像程序,对圆孔和裂纹两种典型缺陷进行TFM成像,研究典型缺陷的TFM成像规律,从缺陷散射的角度分析影响相控阵超声全聚焦成像的因素。结果表明,实际检测中相控阵超声传感器只能接收到缺陷的部分散射信息,而相控阵超声在缺陷处的散射场分布与缺陷的类型、尺寸、角度及入射波类型、入射角度等因素有关,因此能否接收到缺陷散射的主要能量是影响全聚焦成像精度的关键。

摘要：跑道形线圈是EMAT的一种重要线圈类型,由其构成的EMAT在超声测厚及探伤中具有重要应用,同时它也是EMAT阵列换能器的主要阵元类型。辐射声场特性是电磁超声换能器重要特性之一,研究跑道形线圈形状尺寸对其构成的EMAT辐射声场的影响规律,是对换能器进行设计和开发检测工艺的基础。利用有限元仿真软件建立跑道形线圈EMAT的电-磁-声多场耦合模型,对其辐射声场进行了仿真建模计算,分析了跑道形线圈EMAT辐射声场特性及线圈宽度对其辐射声场的影响规律,并搭建了EMAT辐射声场试验测量系统,测量了跑道形线圈EMAT的辐射声场。研究结果表明跑道形线圈EMAT辐射声场整体呈现蝶形分布,且随着线圈的整体宽度变大,由其构成的EMAT的辐射声场幅度值随之增高,而声场宽度随之变窄。

摘要：根据适用于激励超声导波的信号的特征,在改进直接数字频率合成器(DDS)结构的基础上,运用DSP+FPGA等工具设计出适合导波检测用的任意波形脉冲激励源。该激励源可根据实际检测条件调整激励波形的类型且激励信号中心频率、周期数、幅值、重复频率等参数均可设置。经实验验证,此激励源能生成导波检测所需要的各种波形信号,且能扩展应用于导波聚焦检测系统。该激励源具有易于生成各种脉冲激励信号、电路结构简洁、扩展性强等优点。

摘要：针对水平剪切导波跨越焊缝检测裂纹缺陷信号弱的难题,提出了一种基于SH导波模式的时间反转检方法。本文选择低频的SH_(0)导波模态,建立了3 mm板上跨越焊缝检测缺陷的三维等效模型,并对时间反转检测进行了数值模拟以及实验验证。首先,从模拟角度验证了时间反转可以提高检测焊缝后缺陷的灵敏度。随后,设计和搭建PPM EMAT产生SH_(0)模态波进行常规和时反检测实验。实验验证了时间反转检测的有效性。实验和仿真结果均表明,时间反转法对常规检测中较低的缺陷回波信号有较强的聚焦效果。该方法能够将铝板中的常规信号幅值最大增至3.22倍,可有效检测1 mm的纵向裂纹缺陷。本文为跨焊缝导波检测缺陷提供了新的思路。

摘要：关乎整个设备正常运行的滚动轴承极易发生故障,且常是多故障并存,导致轴承复合故障诊断困难。VMD算法对诊断滚动轴承复合故障具有良好的频带分割、抗模态混叠和抑制噪声的优点。但当VMD控制参数[K,α]选取不当时,会造成频带分解失效、轴承复合故障分离不彻底。为此提出基于樽海鞘群算法(SSA)改进VMD的分离诊断方法。采用SSA自适应选取[K,α]对信号进行VMD,通过包络熵和峭度综合筛选敏感IMF,对敏感IMF进行Autogram共振频带提取,采用包络解调提取各自的故障特征频率。通过仿真信号和实测信号验证分析,可知基于SSA优化VMD算法对复合轴承故障有很好的分离诊断能力。