摘要：基于齿轮形散射体的蜂窝晶格声子晶体,研究设计赝自旋相关的双频带声拓扑绝缘体.选取不同的散射体结构参数,可以获得蜂窝晶格声子晶体的四重偶然简并狄拉克点与声拓扑相变.利用两种不同拓扑相的蜂窝晶格声子晶体设计实现声拓扑波导结构,并实验验证了赝自旋相关的边缘模式鲁棒性.此外,保持蜂窝晶格声子晶体的结构不变,同时可以在高频区域获得四重偶然简并狄拉克点与声拓扑相变.所设计的双频带声拓扑绝缘体在多频带声通讯与声信息处理方面具有潜在的应用前景.

摘要：为了解决伪随机编码调相信号峰均比过高问题,为主动声纳设计恒包络的伪随机编码MSK调制波形。通过分析MSK信号表达式,得到波形的复包络信号。使用遗传算法优化伪随机序列,降低波形的自相关旁瓣,可减小声纳的虚警概率。通过优化复包络信号的自相关函数旁瓣值和互相关函数值,得到自相关性能和正交性能优良的恒包络波形,可以缓解多部声纳间的同频干扰。通过仿真分析波形的模糊度图可知,波形具有良好的频率分辨率和距离分辨率。该波形设计可以取代峰均比过高的编码调相信号,满足主动声纳对运动目标的探测需求。

摘要：针对常规主动声纳发射机的缺点,设计了全数字式声纳发射机。信号发生器、波束形成、PWM产生、死区设置等模块集中在FPGA中,改进了D类功率放大器的控制方式,减小了发射机的复杂度,提高了设备可靠性。FPGA利用数字延时线实现发射波束形成,延时后的采样信号通过数字比较器生成PWM信号。设计死区时间控制电路,实现了死区时间的在线精确调整。实验室测试及湖上试验表明,全数字式主动声纳发射机设计方案可行有效。

摘要：采用非接触电磁超声技术实现高温连铸坯壳厚度测量,实时调整辊压力、冷却喷水量、压下位置和压下速度等工艺参数,避免出现中心偏析和松散问题,具有重要的工程应用价值。为了进一步提高电磁超声换能器(EMAT)在晶粒粗大和表面振痕的高温铸坯中的信噪比和空间分辨率,建立了基于Chirp信号激励的跑道线圈电磁超声检测过程的有限元模型,分析了EMAT设计参数、Chirp信号频宽和脉宽等因素对脉冲压缩后的超声回波信噪比和空间分辨率的影响,并通过实验予以验证。结果表明:经过脉冲压缩后,超声回波的SNR提高19 d B以上,波包宽度减少62. 4%以上;Chirp信号脉宽和永磁体尺寸对信噪比有显著影响,Chirp信号频宽、永磁体间距和宽度、跑道线圈导线直径及其阻抗匹配参数影响空间分辨率。

摘要：针对电磁超声换能器(EMAT)在高温、大提离、表面粗糙等恶劣环境下对枝晶粗大的铸锻件进行快速、在线检测时,超声回波的信噪比低和空间分辨力差等难题,建立了基于chirp信号激励的跑道线圈EMAT检测过程的有限元模型,采用正交试验表,分析了EMAT设计参数、chirp信号带宽和脉宽等因素对检测回波脉冲压缩后的主瓣峰值和主瓣宽度的影响,分别获取了主瓣峰值\\主瓣宽度最佳的EMAT参数组合,并通过实验加以验证。比较了0.5 MHz猝发音激励信号在不同同步平均次数条件下,以及chirp脉冲压缩在不同提离且无同步平均条件下对Φ4平底孔的检测能力。结果表明:采用chirp脉冲压缩技术在无同步平均条件下,Φ4平底孔的检测回波信噪比较128次同步平均的猝发音脉冲信号提高了6.6 dB;在EMAT提离为3.5 mm且无同步平均条件下,Φ4平底孔的脉冲压缩后回波信噪比可达8.0 dB。

摘要：道岔是铁路轨道的最薄弱环节,高速列车在经过道岔钢轨时,急骤地改变运行方向,对道岔产生巨大的竖向和横向冲击力,使得道岔钢轨轨底容易产生伤损。现有的高速铁路轨道无损检测技术难以对道岔钢轨轨底伤损实施原位不拆卸检测,给高铁安全运行带来重大隐患。本文考虑道岔钢轨的变截面特性以及弹扣垫板等道岔部件对检测的影响,选用SH模态导波,将道岔尖轨轨底简化为变截面窄板,基于Bloch-Floquet边界和域约束的有限元特征频率法,分析了道岔变截面轨底结构的SH导波频散特性,绘制了SH;导波在变截面窄板内相速度和群速度变化曲线。通过建立SH导波在变截面窄板中的传播有限元模型,研究了SH;/SH;导波在变截面窄板中的传播与模态转换特性。设计并制作了SH;导波电磁超声换能器(Electromagnetic acoustic transducer, EMAT),并对道岔变截面轨底裂纹进行SH;导波检测对比,采用同步挤压小波变换(Synchrosqueezed wavelet transform, SWT)对导波检测信号进行导波模态分离和噪声滤除。SH检测模式波质点横向振动,受弹扣和垫板等道岔部件影响小。将SWT应用于道岔尖轨轨底导波检测信号处理,减小了信号处理的同步平均次数、实现了导波模态分离和大提离快速检测。经过SWT处理后,SH;导波检测信号信噪比提高了10.69 dB。

摘要：钢轨踏面在车轮的重复载荷作用下会产生滚动接触疲劳裂纹。钢轨踏面裂纹是典型的滚动接触疲劳裂纹,该类裂纹容易从轨头往下发展导致钢轨断裂,对行车安全造成重大隐患。首先采用有限元数值方法分析超声表面波与钢轨踏面裂纹的作用规律,研究了低频超声表面波在不同倾角、不同深度踏面裂纹上的散射特性及反射回波时域信号响应特点。其次,设计制作了中心频率为0.3 MHz的表面波电磁超声换能器(EMAT),对钢轨踏面斜裂纹进行B扫成像检测,以更好地识别显示裂纹。为克服EMAT提离对信号回波的影响以及适应快速巡查检测,对裂纹反射回波采用同步挤压小波变换(SWT)进行去噪和重建,实现了B扫快速成像。研究结果表明,所设计的表面波EMAT能够有效地检测钢轨踏面上的多个裂纹,采用同步挤压小波变换处理回波信号后,超声回波信噪比至少提高8.83 dB,可显著提高B扫成像清晰度和检测速度。

摘要：本文针对声发射技术中的三维定位问题提出一种新的简易实验方案.通过传感器接收的时差信息和空间坐标实现三维立体结构中的声发射源定位,操作和计算简单,降低了实验成本.该实验方法不仅可以直观地实现三维声发射源定位过程,还可以实现声速的测量.本设计加深了学生对物理问题的理解,提高了学生对声发射技术和声源定位技术的兴趣,适合普及.

摘要：建立多层螺旋线圈电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)激励过程的有限元模型,基于正交试验表,研究线圈导线直径、相邻导线间距、线圈层数、多层线圈距离、永磁体尺寸、永磁体与线圈的距离等因素对EMAT换能效率和横波纯度的影响,给出EMAT的最佳参数组合,并进行实验验证;通过测量多层螺旋线圈串联和并联的等效阻抗,根据EMAT激励等效电路,结合实验和仿真结果,分析线圈串并联方式和线圈层数对换能效率的影响。研究结果表明,在EMAT激励电路输出电压恒定的条件下,EMAT换能效率随着串联线圈层数的增多而明显下降;与串联方式相比,多层线圈并联的EMAT接收信号幅值下降趋势不明显。

摘要：在结构健康监测中获取结构响应是非常重要的。基于由载荷引发的结构损伤问题,通过对铝板上的冲击载荷产生的声场进行研究来获取结构响应。通过声模态叠加法模拟出声场模型,运用近场声全息技术反演声场,分析声场信息;然后通过设计反演算法来实现对载荷冲击信号的反演,为结构损伤的分析评估提供一个参考因素;最后,选定激励信号对载荷冲击信号进行模拟,结合声场的正向重建和逆向重建过程,得到反演信号,并与原信号进行对比,验证了该方案的可行性。