王勇[1]2000年在《声—超声材料检测技术研究》文中研究表明声-超声技术是一种新兴的动态无损检测技术，这种检测方法主要原理是通过分析采集到的通过材料内部有缺陷、有损伤或失效部位后的调制声信号，来提供有关材料部位的详细信息。本论文主要研究了声-超声技术在复合材料胶接层质量评估中的应用。针对声超-声技术的应用，本论文工作中建立了一套声-超声检测与分析系统。它包括发射板卡、采集板卡、信号的采集和处理，以及结果的最终评判等。利用这套系统，以蜂窝结构材料和纤维增强材料为研究对象，以谱分析和小波变换作为信号处理手段，研究声-超声信号的特征。在谱分析方法的傅立叶变换中引入平滑平均法对蜂窝结构材料和纤维增强材料声-超声检测信号进行处理，不仅可以有效地去除信号的高频噪声，而且可以平滑信号，突出检测信号的主频，实现了对检测信号“粗信息”特征的提取；在此基础上，合理选用db6小波基函数，对信号进行小波分解，对信号的特征进行进一步的细微分析。小波变换的实验研究表明：第三级小波变换的频带是检测信号的特征频带，描述了信号的主要特征信息。以此特征频带的小波变换系数作为声-超声信号特征参数，可分辨出胶接区域的缺陷信号。实验证明这种方法是非常有效的，实验结果和理论很吻合。
郁青, 何春霞[2]2009年在《无损检测技术在复合材料检测中的应用》文中研究指明介绍了复合材料在制造和使用过程中产生的缺陷和损伤的形式,讨论和分析了复合材料检测中各种无损检测技术的特点及适用范围,并对其优、缺点进行了比较和评价。
邢贺民[3]2013年在《复合材料与液体组份的微波检测技术研究》文中研究说明复合材料发挥了其组成材料的优点,克服了单一材料的不足,使其具有高比强度、高比刚度、耐腐蚀和抗疲劳等优良的性能,已成为当代一种新型的具有极大生命力的工程材料。但复合材料在制造过程不可避免的存在一些裂纹、气孔和界面分层等缺陷直接影响其质量,为此复合材料缺陷检测技术一直是人们关注的焦点,是评定复合材料缺陷的重要依据,其中常见的超声波检测技术和射线检测技术对于复合材料的无损检测存在衰减大、辐射危害大等缺点。因此,本文针对复合材料内部缺陷运用学科交叉知识进行了穿透性能好、辐射危害小的微波检测技术研究。液体组分是工业生产中产品和中间体的一个重要监测参数,对该参数的检测,通常采用定期抽样检测法,但该法对于长距离输送和大容积存储都存在局限性和安全隐患。而本文提出了一种实时在线长期检测的微波检测新技术,该法可以有效实现混合液体各个组分的实时在线检测。本文根据微波的传输特性,提出采用微波技术检测复合材料内部缺陷和混合液体组分的新方法。微波技术对复合材料无损检测不需要耦合剂,方法简单,对检测人员危害小；对混合液体可以实时在线长期检测,对于输送管道和大容积储罐可以实时监控。微波检测技术拓宽了无损检测技术领域,也提出了一种混合液体组分新的检测技术。本文主要进行了微波检测技术的机理研究和微波检测技术的实验研究。基于微波传输特性和微波传输介质的研究,得到微波检测技术的检测机理。在此基础之上,搭建了复合材料微波无损检测和混合液体组分微波检测试验平台,筛选出缺陷和组分的微波特征信号,并对两种微波特征信号进行数据分析和规律总结,得到如下结论：(1)利用复合材料微波无损检测系统,可以实现复合材料内部缺陷(裂纹缺陷和气孔缺陷)的定位,微波特征信号为回波损耗,在检测频率下,当微波波导探头遇到缺陷时,微波特征信号会发生突变,通过与参考件微波特征信号的比对,可以快速确定缺陷位置；(2)通过微波特征信号回波损耗的测量,可以检测复合材料内部裂纹缺陷的宽度和气孔缺陷的直径,对缺陷的尺寸进行评估；(3)复合材料内部缺陷的微波特征信号(回波损耗值)与复合材料非金属基的材料有关,不同非金属基由于材料的不同,其介电常数也不同,介电常数对微波的传输有很大的影响,回波损耗绝对值随非金属基材的介电常数值的增大而增大；(4)利用混合液体组分微波检测系统,可以实现混合液体组分的实时在线长期监测,微波特征信号为驻波比(swr),在检测频率下,当微波测液探头接触到混合液体表面时,可以快速确定液体各个组分的含量值；(5)通过提高微波信号的频率值,可以提高检测的精度,微波频率的提高,使微波特征信号(驻波比swr)对组分的变化更加敏感；(6)由于混合液体各组分的介电常数不同,通过这一参数的差异可以利用微波快速检测其组分,各个组分间介电常数的差值越大检测精度越高,本文实验用液体的介电常数最小差为4.4,其检测精度为10%；最大差值为58.4,其检测精度为5%。经本文研究表明：微波检测技术可以用于复合材料内部缺陷的检测和混合液体组分的快速检测,对于无损检测技术的丰富和混合液体组分识别技术的储备有着重要意义。
张平[4]2002年在《集成化声发射信号处理平台的研究》文中研究说明对声发射信号进行分析与处理是目前获取声发射源信息的唯一有效途径，因此集成化的信号处理平台是声发射检测技术工程应用的重要组成部分。针对目前国外已推出的信号处理平台存在的不足以及国内在这方面研究空白的现状，本文提出及开发了一种以小波分析及人工神经网络为主要信号处理和模式识别方法的集成化声发射信号处理平台。论文对小波分析方法在声发射信号处理中的应用进行了全面深入的研究。首先根据声发射信号的特点，提出一套声发射信号小波分析的小波基选取规则方法，并指出Daubechies小波、Symlets小波和Coiflets小波适合于声发射信号处理；其次深入剖析基于Mallat算法的小波分解的分频概念，推导出分解频带的带宽公式，并由此推导出小波分解的最大分解尺度公式，对声发射信号的小波分析具有重要的指导作用；提出了三种基于小波分析的声发射信号特征分析方法：小波特征频谱分析法、小波特征能谱系数法、小波分解系数分析法。实际的工程应用结果表明：提出的三种方法能够有效地提取声发射信号的特征。论文对BP神经网络在声发射信号模式识别应用中的共性问题进行了研究。提出了改进的BP算法、加噪声循环训练法、小波分析与BP神经网络有机结合等三种提高神经网络性能的方法。实验结果表明，基于以上方法的BP网络在声发射模式识别应用中取得了较好的效果。基于以上研究成果，本文开发了国内首个基于波形分析的集成化声发射信号处理平台。该平台已成为国内开发的首台多通道全波形声发射检测仪的核心模块，目前已经在多个声发射技术工程领域得到应用，并取得了良好的效果。本文首次采用盲目反卷积法研究声发射源信号的问题，实现了同时对声发射源信号和传播路径的冲击响应函数进行估计。实验结果表明，该方法能较好地恢复模拟声发射源信号，特别是能够在一定程度上恢复饱和限幅失真的声发射信号的源信息；为研究由声发射信号恢复声发射源信号探索了一个新方向。论文的研究成果对于推动我国声发射检测技术的发展，提高声发射源特征信息的获取量具有重要意义和实用价值。集成化处理平台的研究为我国第一台全波形数字化声发射检测仪的研制成功奠定了坚实的基础。
林韶峰[5]2005年在《基于超声波的非侵入式压力测量方法研究》文中认为压力是工业生产过程中的重要参数之一。压力的检测或控制是保证生产和设备安全运行必不可少的条件,意义重大。传统的压力测量方法大部分属于侵入式测量方法,由于需要在被测对象上开孔,因此为设备制造和后期维护带来了诸多不便。本文将超声波应力检测技术应用到压力检测上来,针对薄壁压力容器和管道,提出了一种基于超声波的非侵入式压力测量新方法,该方法通过测量超声波在被测对象中的传播时间变化量实现了对压力的非侵入式测量。本论文的主要研究成果有: 1.以表面应力为中间变量,结合适用的表面波测应力模型和压力容器的薄膜理论,推导并建立了表面波传播速度与被测容器(或管道)压力之间的关系模型。进一步从实际测量的角度出发,给出了表面波传播时间变化量与被测压力之间的关系模型,并对应变在测量中的影响给予了修正。 2.鉴于实验中采集得到的表面波信号往往含有相关有色噪声成分,引入了基于连续小波变换的广义相关时延估计方法来计算得到不同压力条件下的时间变化量,取得了良好的效果。建立了相应的实验系统,在变压力的情况下对表面波沿容器轴向和切向传播时的情况分别做了实验研究,结果表明测量模型可以很好地预测实验结果,从而证实了模型的正确性和基于表面波测压方法的可行性。 3.针对测量中存在的时间测量精度低、压力变化分辨不高、实时性较差、检测设备成本高等问题,研制了表面波循环计时测量装置,在较低的时间测量精度下,实现了表面波传播时间变化量的精确测量,将原先2ns的实际测量精度提高到0.5ns,设备成本却大大降低,为今后仪表地开发奠定了基础。 4.结合实验中的一些现象深入讨论了温度对测量结果的影响,在考虑主要影响因素的条件下,从理论上对测量模型给予了进一步的修正,并在模型的指导下,提出了通过参比式变换的方法对温度误差进行校正,试验结果表明参比变换的方法可以有效地消除温度的影响。
吕纯[6]2016年在《基于FPGA的超声波束成型器的研究》文中认为超声检测信号由超声换能器及其激励信号共同决定。因此,除探头本身外,激励信号的类型与特性对超声检测也有明显的影响。由于被检测工件种类各异,缺陷类型及检测深度不一,往往需要不同的检测波形,要实现超声检测技术的一体化就要求超声检测系统可以随需求发射不同频率、不同脉宽、不同个数以及不同类型的激励脉冲。为此,本文设计了一种具备多种波形输出功能(单脉冲、正弦脉冲串、调频信号、时域窗调制包络)的数控超声波束成型器,以满足各主要超声检测方式下对超声发射波形提出的不同要求。为设计超声波束成型器,本文对探头响应的等效模型及响应特性做了研究分析,通过MATLAB仿真,对比了超声探头对各种典型激励信号的时域响应与频域响应,分析不同检测材料、检测方法下,要实现最佳检测所需要的波形。根据波形需求分析结果,设计的超声波束成型器有4个功能模块：常见脉冲切换模块、正弦脉冲串产生模块、调频信号产生模块、时域窗调制包络产生模块。本文根据直接数字频率合成(DDS)技术输出波形频率与相位可控,可任意波形输出等突出特点,以现场可编程逻辑阵列(FPGA)为开发平台,实现数控超声波束成型器的软、硬件设计与调试,并在实际电路设计中加入MSP430模块以简化控制电路,单片机与FPGA之间的通信则通过UART协议串口通信电路来实现。同时,本文对超声波束成型器做了两方面的测试：其一是对超声波束成型器的各项基本功能进行实验测试,并对系统误差进行分析；其二是进行相关超声检测实验测试。结果表明,本文所设计的超声波束成型器具有单脉冲、正弦脉冲串、调频信号、时域窗调制信号四类波形输出功能,频率输出范围在0～10MHz,调频分辨率<1Hz,脉冲重复频率0Hz～10kHz范围内可调,时域窗类型可选、脉冲串脉冲连续个数可控。研究对比实验结果发现：方波等宽带窄脉冲纵向分辨率优于调制信号,但回波信号振荡时间更长,当检测细裂纹或小缺陷时,以采用高频单脉冲信号为宜；提高脉冲连续输出个数可增强回波信号能量。当检测缺陷较深或检测工件衰减较大时,可采用多脉冲如正弦脉冲串等信号激励；检测钢轨等长度大、范围广的工件时,宜采用指向性更好的正弦调制信号,其中又以汉宁窗调制信号效果最佳。
刘怀喜, 张恒, 马润香[7]2003年在《复合材料无损检测方法》文中指出介绍国内外常用的复合材料无损检测方法,如超声检测法、X射线检验法、计算机层析照相检测法、微波检测法、声 超声检测法和声发射检测法等的原理、应用范围和进展,最后介绍声发射技术应用于检测复合材料飞轮损伤与断裂的初步研究情况。
冯占英[8]2008年在《铝蒙皮蜂窝板粘接质量的超声导波检测技术基础研究》文中提出为了实现铝蒙皮蜂窝板粘接质量的快速无损检测,研究了铝蒙皮蜂窝板粘接质量超声导波检测的相关理论和方法,设计了一套铝蒙皮蜂窝板粘接质量超声导波检测系统。首先研究了单层板和双层板中导波的相关理论。建立了薄铝板和双层板中导波的数学模型,编程计算了导波的频散曲线,分析了导波的波结构,采用有限元法分别对薄铝板和双层板中的导波做了数值仿真。针对胶接结构中一般比较薄的胶层,研究了胶层对铝蒙皮蜂窝板中导波产生的影响。接着设计了铝蒙皮蜂窝板的超声导波检测系统。确定了探头频率,选择了导波检测模式,设计了超声导波的激励和接收方式,编写了超声导波检测系统的控制软件,在此期间,提取了检测脱粘缺陷的第一个特征值:信号电压幅值。然后针对导波信号的非平稳特性和频散现象,研究了超声导波信号的处理方法。采用均值平滑滤波法和小波降噪法对信号进行了降噪处理,消除了信号中的大部分随机噪声;分别用短时傅立叶变换和小波变换两种时频分析方法对导波信号进行了时频分析,得到了导波传播过程中模式发生变换的相关情况;采用Mallat算法对导波信号进行了多分辨率分析,提取了脱粘缺陷判别的第二个特征值:d3小波细节信号。最后分别采用S0和A0模式分别对不同的脱粘缺陷和对铝蒙皮蜂窝板试样的脱粘缺陷进行了检测试验,针对一发一收检测方式不能对缺陷进行定位和大小判断的不足,提出了X-Y二维线扫描叉乘叠加法对一发一收检测方式下的导波线扫描成像方法。试验结果表明:采用频厚积为1.5MHz-mm的A0模式对铝蒙皮蜂窝板脱粘缺陷的检测效果较好,利用X-Y二维线扫描叉乘叠加法可有效实现一发一收检测方式下导波信号成像。与传统超声波穿透法相比,采用导波法检测蜂窝板试样,其检测效率可提高27.5倍。
侯哲[9]2014年在《复合材料内部缺陷的微波检测技术研究》文中研究表明复合材料在航天、交通运输、化工设备、建筑、文体用品等领域上的应用越来越广泛,发挥着举足轻重的作用。它有机地结合了各类材料的优点、克服了单一材料的不足,扩大了单一材料的应用范围。以碳纤维和环氧树脂复合的材料为例,它具有高比强度、高比刚度、耐腐蚀性好、抗疲劳、电绝缘和膨胀系数小等一系列优异性能。复合材料不仅制造过程复杂,且由于设备因素、材料特性、工艺及参数控制的影响,在复合材料制品中难免会出现气孔、疏松、纤维及树脂开裂、分层、脱粘等缺陷,加剧材料的老化,大大降低材料的使用寿命,严重时会对安全生产造成很大的影响。因此对复合材料结构进行无损检测是十分必要的。本文采用微波无损检测新技术,运用交叉学科知识对复合材料的内部缺陷进行检测。其原理是利用微波与介质的相互作用,微波信号入射到介质表面时,会发生反射、散射、透射,反射波的电磁场因受介质的电磁参数和几何参数的影响,从而改变反射特征信号如回波损耗、相位等。本文首先对微波传输机理进行研究,通过对微波在不同媒质中的传输特性及反射特性的研究,阐述了微波无损检测机理。在此基础上,制备了四种含有缺陷的内铺金属纤维复合材料板(纤维断裂、纤维铺设不均匀、纤维屈曲、断裂及屈曲),搭建了微波无损检测系统,筛选出适合检测复合材料内部缺陷的特征信号,通过对其进行微波检测及数据分析,得到如下结论：(1)利用微波无损检测系统,可以实现上述复合材料内含各类缺陷复合材料的快速定位：在检测频率下,通过与无缺陷的复合材料参考试件对比,可以发现当微波探头覆盖到内部缺陷时,反射信号-回波损耗有较明显的变化,由此可以快速发现缺陷所在位置；(2)反射特征信号与波导所在位置有关,即波导中心与缺陷相对位置不同时,检测信号幅度有差别。如缺陷为纤维断裂时,回波损耗值的大小与断裂缺陷的中心离波导口中心距离有关；(3)对于纤维断裂缺陷,沿着相互垂直的方向进行扫描检测,遇到缺陷时回波损耗的变化趋势相反。沿垂直于纤维铺设方向扫描时,在断裂缺陷刚要进入或离开波导口时,回波损耗会发生突变,相位会发生正负之间的转变,断裂缺陷在波导口外时相位为正值,断裂缺陷在波导口内时相位为负值；(4)对于纤维断裂缺陷,在缺陷离波导口中心距离相同的条件下,断裂长度越长,回波损耗值越大或越小(取决于检测方向),可以通过建立数据库比对回波损耗来判断断裂缺陷的尺寸；(5)对于纤维铺设不均匀缺陷,随着纤维间距的加大,回波损耗最大值对应的波导位移也增大,即回波损耗开始减小的位置推迟,由此可以判定出金属纤维不均匀缺陷的程度；(6)对于纤维屈曲缺陷,通过实验确定了最佳检测方向,即沿着纤维铺设方向,在该方向上灵敏度较高,对比回波损耗随波导移动的变化趋势可以判断出屈曲程度的大小；(7)对于纤维屈曲缺陷的两种不同形态,圆弧形和S形,在同一曲率半径下回波损耗随波导移动有着相同的变化规律,在板材的边缘处回波损耗最小,在中线处回波损耗与无缺陷时的接近；(8)对于同时含有纤维断裂和屈曲缺陷,通过对比回波损耗及相位图,可以与仅有断裂缺陷或仅有屈曲缺陷时的单缺陷区分开来。由以上结论可知：微波检测技术可以用于复合材料内部各类缺陷的检测并具有较好的精度。
丁蕾[10]2010年在《FRP复合材料损伤的声发射特性研究》文中进行了进一步梳理复合材料具有高比强度、高比模量、损伤容限高和性能可设计等优异特性,在许多工程领域得到广泛的应用,但是,复合材料在加工过程中极易产生疏松、裂纹、孔隙、界面结合不好等缺陷。服役过程中承受的载荷、机械损伤、疲劳、蠕变以及复杂环境等因素都会使复合材料因缺陷而产生损伤,严重的损伤会形成材料的整体破坏而造成重大经济损失。所以对于复合材料的损伤破坏和性能预测研究显得越来越重要。用声发射技术去研究FRP(玻璃纤维自增强塑料)复合材料拉伸过程中的损伤演化规律以及损伤类型是一种行之有效的手段,能清晰直观地反映材料的损伤特征。本文就是以FRP复合材料为研究对象,结合扫描电子显微镜技术等对FRP复合材料在拉伸载荷作用下的损伤机理进行研究,探讨了FRP复合材料拉伸断裂的几个阶段。并比较了几种典型铺设角度的复合材料的声发射特性和断裂机理,总结出纤维铺设角度与复合材料的拉伸强度以及拉伸断裂过程中的声发射特性之间的关系。复合材料的声发射信号复杂,且多为非稳态瞬变信号,传统的消噪方法难以达到理想的效果,采用小波消噪方法可以很好的解决这一问题。小波变换具有良好的降噪特性,可有效地除掉不利于分析的噪声信号,并且不会发生边缘泄露现象。同时采用时频分析方法有效地区分复合材料不同的损伤机制,对材料不同的损伤破坏进行鉴别。同时,此研究结果证明了为鉴别复合材料层合板的损伤破坏机制,声发射技术是一种可行而有效的工具。
参考文献：
[1]. 声—超声材料检测技术研究[D]. 王勇. 清华大学. 2000
[2]. 无损检测技术在复合材料检测中的应用[J]. 郁青, 何春霞. 工程与试验. 2009
[3]. 复合材料与液体组份的微波检测技术研究[D]. 邢贺民. 太原理工大学. 2013
[4]. 集成化声发射信号处理平台的研究[D]. 张平. 清华大学. 2002
[5]. 基于超声波的非侵入式压力测量方法研究[D]. 林韶峰. 浙江大学. 2005
[6]. 基于FPGA的超声波束成型器的研究[D]. 吕纯. 西南交通大学. 2016
[7]. 复合材料无损检测方法[J]. 刘怀喜, 张恒, 马润香. 无损检测. 2003
[8]. 铝蒙皮蜂窝板粘接质量的超声导波检测技术基础研究[D]. 冯占英. 北京航空航天大学. 2008
[9]. 复合材料内部缺陷的微波检测技术研究[D]. 侯哲. 太原理工大学. 2014
[10]. FRP复合材料损伤的声发射特性研究[D]. 丁蕾. 大庆石油学院. 2010