摘要：为在不损伤风力发电机组结构完整性的情况下,检测风电机组避雷线的失效现象,提出了一种基于超声导波无损检测技术的避雷线缆通断检测方法。通过半解析有限元法(SAFE)得到了超声导波在避雷线缆中传播的频散特性,并确定了检测模态和激励频率;设计了柔性磁致伸缩传感器,搭建了超声导波检测的实验平台,针对避雷线缆的断裂失效开展了实验研究。实验结果表明,超声导波无损检测技术可以实现避雷线的通断检测,并确定失效位置,相比于传统的检测方法,超声导波无损检测方法具有操作简单,检测精度高的显著优势。

摘要：针对道岔区钢轨变截面结构易变形且钢轨无智能伤损监测的问题,提出一种基于超声导波的道岔断轨监测系统,该系统主要由轨上设备和轨旁设备组成。重点研究轨上设备换能器、传感器的结构参数和运行参数,确定芯片AD1005加上压电集成电路IEPE接口电路设计的MEMS加速度传感器。通过现场安装与测试,验证轨上设备换能器与传感器设计的正确性,同时为岔区铁路智能化运维提供一定的思路和理论基础。

摘要：超声导波检测过程中不同模态导波信号与各类损伤之间的相互作用存在差异性,直接影响了损伤检测及定位成像结果的可靠性。因此,系统研究导波目标模式的激励方法从而获得理想的导波信号,有助于实现多类型损伤的精准检出以及获得高分辨率定位成像结果。该研究基于理论分析、有限元仿真和试验测量开展了超声导波目标模式的激励方法研究。理论分析导波目标模式激励的条件,并且构建二维多物理场仿真模型进行导波目标模式激励方法的验证。试验过程中将梳状换能器与锆钛酸铅压电陶瓷(piezoelectric ceramic, PZT)进行比较分析,结果表明,梳状换能器相较于PZT压电片具有良好的模式选择能力。另外,设计制作四分之一全向和全向梳状换能器,使其进行目标模式导波信号激励的同时实现传播方向的调控。

摘要：针对超声导波缺陷成像中存在的入射信号能量低、缺陷成像分辨率不足等成像质量不高的问题,提出了一种超声导波相控阵脉冲压缩全聚焦缺陷成像方法。首先在长时宽、大带宽线性调频信号激励下,基于超声导波相控阵列逐元激励模式,获取被测结构的全矩阵捕获数据;然后对各响应信号做匹配滤波,对长时宽响应信号波包进行脉冲压缩;接着采用虚拟时间反转法,对脉冲压缩后所得信号进行频散和幅值补偿,以消除大带宽导致的信号相位畸变和因波扩散传播而导致的幅值下降,从而获得无相位畸变的窄时宽信号波包;最后设计了同时包含信号相位和幅值信息的成像指标,进行加权全聚焦成像。在含裂纹、表面缺陷的碳钢板中进行了超声导波缺陷成像试验,结果表明,该方法可以实现单缺陷/双缺陷的高质量成像。

摘要：超声导波具有检测范围大、检测效率高等优点,广泛应用于板、管等典型波导结构的缺陷检测.作为超声导波换能器类型之一,电磁声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)得到广泛关注和快速发展.综述了近20年来超声导波电磁声换能器的研究进展.主要包括:针对板和管结构超声导波检测的单模态EMAT结构设计;用于提高激励导波的能量和模态单一性的EMAT线圈与磁体结构参数的优化,针对非金属材料检测的新型贴片式EMAT的结构设计;阵列技术在EMAT性能优化上的应用和在缺陷定位和成像上的应用.

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：从Navier运动方程出发,求解了自由平板和覆水平板中导波的特征方程,并绘制了其频散曲线。自由平板和覆水平板频散特性对比分析后,发现了覆水平板中导波模态较自由平板多了一种Quasi-Scholte模态导波。通过数值计算、有限元模拟和实验研究,分别对自由平板和覆水平板中导波的传播特性和模态进行验证。在低频区,A_0模态导波存在于自由平板中,而Quasi-Scholte模态导波只存在于覆水平板中。利用Quasi-Scholte模态和A_0模态导波的传播特性设计液位测量实验,采用一激一收压电传感器布置方式,频率130 k Hz的2.5周期汉宁窗调制正弦波作为检测信号,结果表明,液位与导波传播时间呈线性关系,能够用于容器内液位测量。

摘要：在船舶运输、石油化工等需要广泛使用各类型管道的行业中,管道的结构健康监测(structural health monitoring, SHM)对于工业系统的安全稳定运行意义重大。在基于超声导波的管道裂纹等级识别方面,建立了一个与实际管道基本一致的有限元模型,通过添加噪声的方式合成了更接近实际检测的导波数据。基于包含不同管道裂纹等级的有限元仿真数据库,提出了一种基于多尺度一维卷积神经网络(multi-scale one dimensional convolution neural network, MS-1DCNN)的管道裂纹等级识别模型,该模型以端到端的方法,将原始波形信号直接作为输入,无需专门设计信号降噪及特征提取算法。试验结果表明,该模型相较于传统机器学习方法在噪声环境下对管道裂纹等级的识别具有较高精度,并通过实物管道试验,验证了该模型在管道结构健康监测中的有效性。

摘要：检测无缝线路钢轨的完整性对于保障高速铁路的安全运营具有重要的意义。本文提出了基于超声导波实现无缝线路完整性检测的技术方案,设计了功能样机,并进行了实际线路测试。首先,基于半解析有限元方法求解得到了我国无缝线路CHN60钢轨中超声导波的频散曲线,通过分析频率、模态数量、振型等信息选取了适于检测钢轨完整性的导波模态,采用激励响应求解方法确定了所选取模态的激励点和激励方向;根据理论获取的数据信息,在环形道试验现场进行了实际测试,在钢轨轨腰中心安装导波换能器,沿着钢轨纵向激励,可以激励出选取的导波模态,并通过衰减曲线测试,该模态在两公里处可以接收到2 m V以上的信号。经在大西高速铁路现场测试,系统可实现2 km区间的无缝线路钢轨完整性的在线监测。

摘要：为了研究水载压力对管道超声导波信号的影响,利用半解析有限元的方法分析了管道导波的频散曲线和波结构,选择L(0,2)模态导波用于实验验证。设计了一个可承受30 MPa压力的防水卡箍,对管道上的压电传感器进行封装。将安装了防水耐压卡箍的管道放入压力舱中进行打压循环测试,压力在0~30 MPa之间变化。打压过程中采集无损伤及5%损伤的管道超声导波信号,分析水载压力对导波信号的影响。实验结果表明,该防水卡箍具有良好的防水和耐压性能,水载压力对L(0,2)模态导波信号幅值没有显著影响。