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高能脉冲激励下的电磁超声响应特性

电工技术学报 2019年第20期34卷 4171-4178页

作者：刘素贞王文杰张闯金亮杨庆新省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130 天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387

常规电磁超声换能器(EMAT)激发和接收的超声信号幅值较小、信噪比较低,为此设计一种新型无静态偏置磁场的高能超声激励系统,其核心为高能脉冲激励电源。新型高能脉冲激励电源采用LC振荡电路对激励线圈施加瞬态高电压,其在激励线圈内产... 详细信息

常规电磁超声换能器(EMAT)激发和接收的超声信号幅值较小、信噪比较低,为此设计一种新型无静态偏置磁场的高能超声激励系统,其核心为高能脉冲激励电源。新型高能脉冲激励电源采用LC振荡电路对激励线圈施加瞬态高电压,其在激励线圈内产生上千安电流,远大于常规EMAT激励线圈中电流,可以大大提高超声波信号的强度并有效地减小换能器体积。该文通过研究高能脉冲激发超声波的机理,得到高能脉冲电磁超声换能器在换能过程中磁场、力场、声场的变化规律,设计以激励A0为主模态的Lamb波的高能脉冲电源,并进行高能脉冲激励下的电磁超声实验。实验结果表明,在提离距离小于2mm时,以A0为主模态的Lamb波具有高信噪比,且能对缺陷精确定位,在检测微裂纹缺陷上更具有优势。

关键词：高能脉冲电源电磁超声提离距离缺陷检测

基于小波和凯瑟效应的电磁声发射信号特性分析

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电工技术学报 2013年第8期28卷 84-90页

作者：金亮杨庆新刘素贞张广超张献天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387 河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室天津300130

针对脉冲电磁涡流激励下,金属铝板的声发射信号具有宽频率响应以及低频干扰严重的特性,使用小波包和快速傅里叶(FFT)方法研究了不同加载条件下来自不同试件信号的高低频能量特性,揭示了不同试件的信号特征,得到了缺陷的声发射信号以及... 详细信息

针对脉冲电磁涡流激励下,金属铝板的声发射信号具有宽频率响应以及低频干扰严重的特性,使用小波包和快速傅里叶(FFT)方法研究了不同加载条件下来自不同试件信号的高低频能量特性,揭示了不同试件的信号特征,得到了缺陷的声发射信号以及噪声的强度特性。基于声发射理论,将有限元计算的形变和声发射信号进行了归一化处理,并依据凯瑟效应,建立了有限元分析和声发射信号之间的内在联系,为理论和实验研究电磁声发射技术提供了重要的理论和实验依据。

关键词：电磁声发射金属板裂纹检测涡流激励信号处理

基于阻抗在线测量的锂离子电池过放电诱发内短路识别研究

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电工技术学报 2024年第6期39卷 1656-1670页

作者：张闯杨浩刘素贞徐志成杨庆新省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130

锂离子电池的过放电行为可诱发内短路进而可能导致热失控。由于单体电池一致性差异和过放电导致的内短路初期电、热特征不明显,使得电压和温度等常规物理参数难以可靠实现故障预警,而阻抗可以反映电池内部信息,对故障状态具有较好的指... 详细信息

锂离子电池的过放电行为可诱发内短路进而可能导致热失控。由于单体电池一致性差异和过放电导致的内短路初期电、热特征不明显,使得电压和温度等常规物理参数难以可靠实现故障预警,而阻抗可以反映电池内部信息,对故障状态具有较好的指示能力。该文通过分析锂离子电池过放电诱发内短路引起阻抗变化的机理,基于设计的阻抗在线测量装置,确定用于监测电池内短路故障的特征阻抗频率为70 Hz,获取过放电诱发内短路过程中特征频率下动态阻抗及阻抗变化率,提出一种基于动态阻抗特征的内短路在线识别方法并验证了方法的可靠性。实验结果表明,锂离子电池放电过程中动态阻抗半正弦变化特征可提前约144 s实现过放电预警,动态阻抗针状变化特征可提前约152 s实现内短路故障预警,动态阻抗明显回升特征可作为内短路发生的标志。此外,阻抗变化率特征有助于实现锂离子电池故障识别及预警,该方法在锂离子电池故障在线快速诊断中具有重要的应用潜力。

关键词：过放电阻抗在线测量内短路在线识别故障预警

电磁声发射-电磁超声的复合检测原理及激励线圈设计

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电工技术学报 2013年第6期28卷 28-33页

作者：蔡智超刘素贞金亮张闯杨庆新河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室天津300130 天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387

在工作环境恶劣的铝合金板表面,容易由微细裂纹和疲劳损伤引起脆性断裂或者疲劳断裂,进而引发灾难性事故。提出融合电磁声发射(EMAE)和电磁超声(EMAT)的复合无损检测方法,该复合方法在不需要增加额外激励电路和线圈的条件下可对表面与... 详细信息

在工作环境恶劣的铝合金板表面,容易由微细裂纹和疲劳损伤引起脆性断裂或者疲劳断裂,进而引发灾难性事故。提出融合电磁声发射(EMAE)和电磁超声(EMAT)的复合无损检测方法,该复合方法在不需要增加额外激励电路和线圈的条件下可对表面与近表面的微细裂纹进行检测,弥补了在关键部位单一检测不充分、不可靠。设计了复合检测激励线圈,并利用有限元方法进行了仿真。仿真的结果表明线圈可以满足预期要求。

关键词：电磁声发射电磁超声复合激励线圈无损检测

基于电化学阻抗谱的锂离子电池过放电诱发内短路的检测方法

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电工技术学报 2023年第23期38卷 6279-6291,6344页

作者：张闯王泽山刘素贞金亮杨庆新省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130

锂离子电池内短路(ISC)是电池发生热失控的主要原因,电池内短路尤其是过放电导致的内短路初期产热不明显,电压变化小,很难通过常规的观察电、热特征的方法对其进行检测。随着电池内短路的演化,电池内部结构逐渐发生改变,这些电池内部的... 详细信息

锂离子电池内短路(ISC)是电池发生热失控的主要原因,电池内短路尤其是过放电导致的内短路初期产热不明显,电压变化小,很难通过常规的观察电、热特征的方法对其进行检测。随着电池内短路的演化,电池内部结构逐渐发生改变,这些电池内部的变化可以在对电池具有良好表征性的电化学阻抗谱中得到体现。该文分别对不同荷电状态(SOC)、不同温度和不同内短路程度的电池进行电化学阻抗谱的测量和研究,筛选检测电池内短路所需的特征参数。结果表明,电池电化学阻抗谱的欧姆电阻R_o基本不受电池温度(25~45℃)、SOC的影响,但是对电池内短路程度较为敏感。为便于检测,该文选择电化学阻抗谱中参数特性和大小都基本和欧姆电阻一致的1 000 Hz频率阻抗的实部作为特征参数,通过监测电池循环过程中特征参数变化趋势来判断电池是否发生内短路。经实验验证,监测1 000 Hz频率阻抗实部值变化的方法可有效检测出电池过放电诱发的内短路,该方法不影响电池的正常循环使用,限制条件少且准确性高。

关键词：锂离子电池内短路电化学阻抗谱过放电特征参数

基于非线性电磁超声表面波混频方法的金属疲劳裂纹检测

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中国电机工程学报 2021年第15期41卷 5371-5380页

作者：刘素贞杨圣哲张闯权泽杨庆新省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300130

针对铝合金板材疲劳损伤检测困难的问题,构建含有疲劳裂纹界面力模型的电磁超声表面波混频调制模型,研究不同激发频率下的非线性超声表面波的混频调制效果,进而确定了激励频率。分析电磁超声表面波在铝板中的传播情况,以及不同裂纹深度... 详细信息

针对铝合金板材疲劳损伤检测困难的问题,构建含有疲劳裂纹界面力模型的电磁超声表面波混频调制模型,研究不同激发频率下的非线性超声表面波的混频调制效果,进而确定了激励频率。分析电磁超声表面波在铝板中的传播情况,以及不同裂纹深度和长度对非线性混频效果的影响。最后进行非线性超声表面波混频检测实验,对完好试件及疲劳试件的非线性特征进行对比分析,研究边频分量随激励信号频率、幅值、信号时延以及裂纹长度不同的变化情况,得到边频分量与微裂纹长度的关系曲线。实验结果表明,如果铝板中存在疲劳裂纹,会有边频调制分量出现;当两列混频信号同时到达疲劳裂纹时,非线性调制效应最强;通过边频分量与微裂纹长度拟合出的关系曲线可以有效监测裂纹的扩展,从而为金属疲劳裂纹的定量检测奠定良好的基础。

关键词：非线性电磁超声表面波混频调制边频分量疲劳裂纹

钢板电磁超声换能机理及塑性损伤的非线性超声检测

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中国电机工程学报 2020年第14期40卷 4666-4674页

作者：刘素贞王淑娟张闯金亮杨庆新省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津市红桥区300130

铁磁材料电磁超声换能器(electromagneticacoustic transducer,EMAT)的换能机制与外加磁场、材料的磁化特性和磁致伸缩特性有密切的关系,电磁超声波的产生很大程度上取决于材料的电磁特性和偏置磁场。首先,建立钢板电磁超声波的有限元模... 详细信息

铁磁材料电磁超声换能器(electromagneticacoustic transducer,EMAT)的换能机制与外加磁场、材料的磁化特性和磁致伸缩特性有密切的关系,电磁超声波的产生很大程度上取决于材料的电磁特性和偏置磁场。首先,建立钢板电磁超声波的有限元模型,分析偏置磁场及被测试件的电磁特性对电磁超声换能机制的影响,通过引入不同磁导率和电导率等效模拟塑性变形试件,分析换能机制与电磁特性的关系,并在此基础上搭建基于电磁超声表面波的塑性变形检测系统。其次,通过对拉伸的标准工字板试件进行磁导率检测,得到不同塑性损伤试件与相对磁导率变化的对应关系。塑性变形会改变钢板的电磁特性,进而影响到检测信号的变化。最后,对塑性变形进行电磁超声非线性检测,得到相对非线性系数与塑性变形的对应关系,并验证塑性变形、电磁参数与非线性检测信号之间的关系。

关键词：铁磁性材料塑性变形电磁超声换能器磁致伸缩效应电磁特性

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基于区域电压的锂离子电池不均匀发热模型

电工技术学报 2022年第21期37卷 5627-5636页

作者：刘素贞陈晶晶张闯金亮杨庆新省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

锂离子电池温度空间分布的不均匀性随着放电倍率的增大而加剧,严重影响电池寿命和安全性。针对锂离子电池放电过程中温度空间分布不均匀的情况,提出一种新的基于区域电压的不均匀发热模型,用来实时预测电池温度分布。考虑电池尺寸和热特... 详细信息

锂离子电池温度空间分布的不均匀性随着放电倍率的增大而加剧,严重影响电池寿命和安全性。针对锂离子电池放电过程中温度空间分布不均匀的情况,提出一种新的基于区域电压的不均匀发热模型,用来实时预测电池温度分布。考虑电池尺寸和热特性,将电池分为九个区域并进行开路电压测试,实时记录每个区域表面温度变化,采用每10%荷电状态(SOC)下降期间测量的表面温度和环境温度数据计算得到区域电压,根据区域电压获得电池的区域发热量,并建立三维仿真模型得到电池温度空间分布。使用该不均匀发热模型预测了放电倍率为0.5C、1C、2C、3C和4C时的电池温度空间演变,仿真结果显示该模型能捕获温度的不均匀分布,并通过实验验证,温度误差在1℃以内,相对误差在5%以内,表明该模型能够对温度分布进行有效监测。

关键词：锂离子电池温度空间分布区域电压不均匀发热温度监测

基于LabVIEW的电磁超声无损检测系统的设计

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电工技术学报 2018年第10期33卷 2274-2281页

作者：刘素贞饶诺歆张闯金亮杨庆新省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室(河北工业大学) 天津300130 天津工业大学电工电能新技术天津市重点实验室天津300387

针对无损检测技术智能化的需求,提出一种基于Lab VIEW的缺陷在线识别方法。对电磁超声信号进行时域、频域及时频域结构的特征提取,并采用基于类内类间平均距离和序列前向选择相结合的方法进行特征选择;构建基于支持向量机(SVM)的监督学... 详细信息

针对无损检测技术智能化的需求,提出一种基于Lab VIEW的缺陷在线识别方法。对电磁超声信号进行时域、频域及时频域结构的特征提取,并采用基于类内类间平均距离和序列前向选择相结合的方法进行特征选择;构建基于支持向量机(SVM)的监督学习模型和多种半监督学习模型,并分别进行缺陷识别,结果表明S4VM(S4VM)是一个相对安全的半监督支持向量机;搭建电磁超声无损检测系统,并进行缺陷在线识别实验,实验结果验证了系统的可靠性,并可实现电磁超声缺陷识别的图像化、数字化、智能化和系统化。

关键词：虚拟仪器特征提取支持向量机半监督学习缺陷在线识别