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管道电磁超声传感器阵列检测技术研究

电子测量与仪器学报 2023年第11期37卷 24-32页

作者：刘轩吕炎边策宋国荣高杰何存富北京工业大学材料与制造学部北京100124 北京工业大学信息学部北京100124

采用电磁超声传感器阵列对管道进行缺陷检测,不仅能够提高电磁超声检测信号的信噪比、灵敏度与分辨能力,同时也能增强电磁超声检测的直观性与灵活性。本文详细阐述了基于洛伦兹力的周期永磁铁阵列式电磁超声传感器(PPM-EMAT)激励超声导... 详细信息

采用电磁超声传感器阵列对管道进行缺陷检测,不仅能够提高电磁超声检测信号的信噪比、灵敏度与分辨能力,同时也能增强电磁超声检测的直观性与灵活性。本文详细阐述了基于洛伦兹力的周期永磁铁阵列式电磁超声传感器(PPM-EMAT)激励超声导波的工作原理,及利用全聚焦算法结合极性一致性算法对缺陷进行定位与成像的工作机理。建立了有限元仿真模型,验证了准T(0,1)模态导波在管道结构中的传播过程。利用研制的多通道电磁超声检测系统,对含缺陷的不锈钢管道进行了检测实验,实验结果表明,研制的系统能够检测出管道试样中的多个通孔缺陷,纵向定位误差可控制在1.5%以下,实现了基于阵列电磁超声传感器的管道缺陷成像与定位。

关键词：超声导波管道检测传感器阵列电磁超声

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同轴探头微波检测热障涂层的参数敏感性研究

机械工程学报 2014年第2期50卷 36-41页

作者：杨玉娥何存富吴斌北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 济宁学院物理与信息工程系曲阜273155

为实现低频率段对热障涂层（Thermal barrier coating，TBC）的微波无损检测，利用同轴探头在0～17GHz工作频率范围内对热障涂层的厚度、孔隙率和金属基体表面的裂缝进行微波无损检测理论仿真，对检测中的参数敏感性进行研究，从而提高... 详细信息

为实现低频率段对热障涂层（Thermal barrier coating，TBC）的微波无损检测，利用同轴探头在0～17GHz工作频率范围内对热障涂层的厚度、孔隙率和金属基体表面的裂缝进行微波无损检测理论仿真，对检测中的参数敏感性进行研究，从而提高检测的灵敏度，防止漏检现象的产生。采用CST微波工作室对检测中同轴探头的尺寸和热障涂层的厚度等参数的检测敏感性进行理论计算。热障涂层厚度检测结果显示，同轴探头越小时检测灵敏度越高，并且对应的相位差零点处的工作频率越高；热障涂层孔隙率检测结果表明热障涂层的厚度越大时检测灵敏度越高；金属基体表面裂缝的检测结果表明扫描步长小于外导体内半径时可以防止漏检。由研究结果可知，利用合适尺寸的同轴探头可以实现在低频率段对热障涂层的微波无损检测。

关键词：同轴探头热障涂层厚度热障涂层孔隙率金属基体裂缝微波检测

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磁致伸缩与磁弹一体化传感器的研制

机械工程学报 2013年第22期49卷 46-52页

作者：刘秀成吴斌何存富北京工业大学机械工程及应用电子技术学院北京100124

为开发具有缺陷检测与应力测量双功能的单体传感器,设计出一种包括静态偏置磁路和内、外层感应线圈的一体化传感器结构,可工作于磁致伸缩与磁弹传感器两种模式。结合磁致伸缩与磁弹基本理论,以能量转换效率和应力测量灵敏度为指标,采用... 详细信息

为开发具有缺陷检测与应力测量双功能的单体传感器,设计出一种包括静态偏置磁路和内、外层感应线圈的一体化传感器结构,可工作于磁致伸缩与磁弹传感器两种模式。结合磁致伸缩与磁弹基本理论,以能量转换效率和应力测量灵敏度为指标,采用有限元仿真法对一体化传感器的偏置磁场进行优化选取。一体化传感器的试验测试结果表明,传感器工作于磁致伸缩传感器模式时,可在直径6.3 mm钢杆中激励产生L(0,1)模态超声导波并有效检测出宽度和深度均为1 mm的槽型缺陷,增加外层感应线圈的驱动直流可对静态偏置磁场强度进行补偿以使接收的缺陷回波信号幅值增加,提高传感器的缺陷检测能力;工作于磁弹传感器模式时,随激励信号幅值增大,传感器的应力测量灵敏度和测量结果线性度均有提高,其中测量结果线性拟合确定系数最高达0.992 4,表明一体化传感器可用于高精度应力测量。

关键词：磁致伸缩磁弹一体化传感器缺陷检测应力测量

厚度渐变结构介电性能测试用变间距叉指型相邻电容传感器设计

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机械工程学报 2017年第18期53卷 1-9页

作者：焦敬品李亮何存富吴斌北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 北京工业大学北京市精密测控技术与仪器工程技术研究中心北京100124

针对厚度渐变高分子结构介电性能检测问题,设计一种变间距叉指型相邻电容传感器。研究不同叉指个数和极板覆盖率对等间距叉指相邻电容传感器信号强度和穿透深度的影响,确定了单对叉指单元的宽度范围;研究单对叉指单元参数对相邻电容传... 详细信息

针对厚度渐变高分子结构介电性能检测问题,设计一种变间距叉指型相邻电容传感器。研究不同叉指个数和极板覆盖率对等间距叉指相邻电容传感器信号强度和穿透深度的影响,确定了单对叉指单元的宽度范围;研究单对叉指单元参数对相邻电容传感器性能的影响,得到单对叉指单元传感器的穿透深度;根据待测结构厚度变化规律,对组成叉指传感器电极的单个叉指单元的宽度和间距进行了优化设计,设计出变间距叉指型相邻电容传感器。仿真和试验结果表明,变间距叉指型相邻电容传感器的信号强度和灵敏度优于等间距传感器,该传感器更适合渐变厚度结构材料的介电性能检测。

关键词：厚度渐变结构相邻电容传感器变间距叉指传感器穿透深度高分子材料

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土壤声学特性的超声导波测量

机械工程学报 2006年第10期42卷 19-22页

作者：吴斌孟涛何存富焦敬品北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100022

土壤的声学特性对地埋管道中超声导波传播有重要的影响。在空气和地埋情况下,通过典型波导(细钢杆)的超声导波检测试验的方法来测量土壤声学特性。基于超声波的衰减特性,通过将试验获得的杆中L(0,1)模态导波的衰减曲线,与理论衰减曲线... 详细信息

土壤的声学特性对地埋管道中超声导波传播有重要的影响。在空气和地埋情况下,通过典型波导(细钢杆)的超声导波检测试验的方法来测量土壤声学特性。基于超声波的衰减特性,通过将试验获得的杆中L(0,1)模态导波的衰减曲线,与理论衰减曲线进行比对的方法,得到土壤的声学特性参数-纵波和横波波速。在该土壤声学特性条件下,研究土壤对管道中超声导波传播影响。研究发现,此种土壤介质对管道中超声导波传播有很大影响,在低频处产生了新的轴对称模态:α1和α2。

关键词：土壤声学特性导波

基于模态分析和小波变换的声发射源定位新算法研究

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仪器仪表学报 2005年第5期26卷 482-485页

作者：焦敬品何存富吴斌费仁元北京工业大学机电学院北京100022

针对传统声发射源定位中,声发射信号到达传感器的时间受设定门槛电压影响很大,导致声发射源定位效果较差,提出了一种声发射源定位新方法。根据模态声发射理论,携带声发射源信息的声发射信号在结构中传播过程中,具有频散现象和多模态特... 详细信息

针对传统声发射源定位中,声发射信号到达传感器的时间受设定门槛电压影响很大,导致声发射源定位效果较差,提出了一种声发射源定位新方法。根据模态声发射理论,携带声发射源信息的声发射信号在结构中传播过程中,具有频散现象和多模态特性。因此,声发射源定位应基于同一频率下、同一模态导波到达各个传感器的时间和传播速度。通过对声发射信号进行Gabor小波变换的方法,在时频空间内确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间;并通过数值计算得到该频率处模态导波的群速度,从而实现声发射源的准确定位。通过薄板中声发射线源定位试验,证明了该定位算法的有效性。

关键词：源定位算法研究模态分析 Gabor小波变换声发射信号声发射源模态声发射传感器门槛电压定位效果传播过程模态特性频散现象传播速度数值计算准确定位定位试验定位算法时间频率导波群速度射线源

用二维逆Born近似法对杆中圆形缺陷的反演

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应用力学学报 2006年第4期23卷 572-576页

作者：吴斌郑钢丰何存富北京工业大学北京100022

在三维弹性波散射问题的Born近似解基础上,进一步分析了在纵波入射条件下二维散射问题的Born近似解,对铝质长杆中的椭圆形空穴缺陷的散射场情况进行了对比分析;最后,提出了在低频下识别缺陷几何特征的二维逆Born近似法,并用此法对铝质... 详细信息

在三维弹性波散射问题的Born近似解基础上,进一步分析了在纵波入射条件下二维散射问题的Born近似解,对铝质长杆中的椭圆形空穴缺陷的散射场情况进行了对比分析;最后,提出了在低频下识别缺陷几何特征的二维逆Born近似法,并用此法对铝质长杆中的圆形空穴缺陷作了计算机模拟。

关键词： Born近似形状因子特征函数反演散射

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毫米波检测热障涂层缺陷的方法研究

机械工程学报 2013年第20期49卷 16-21页

作者：何存富杨玉娥杨申吴斌北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 济南大学机械工程学院济南250022

在毫米波段利用CST微波工作室仿真软件对热障涂层脱黏和热生长氧化层(Thermal growth oxide,TGO)的无损检测进行理论仿真研究,目的是确定不同工作频率段检测时的检测灵敏度和分辨率,以指导试验检测中波导探头的选择。在40～50 GHz和50～... 详细信息

在毫米波段利用CST微波工作室仿真软件对热障涂层脱黏和热生长氧化层(Thermal growth oxide,TGO)的无损检测进行理论仿真研究,目的是确定不同工作频率段检测时的检测灵敏度和分辨率,以指导试验检测中波导探头的选择。在40～50 GHz和50～60 GHz两个频率段对热障涂层中陶瓷顶层和黏结层间的脱黏检测进行研究,主要包括由裂缝演变为脱黏时脱黏宽度的检测,脱黏面积及形状的检测和脱黏层厚度的检测。在18～26.5 GHz,26.5～40 GHz,40～50 GHz和50～60 GHz4个频率段对热障涂层中TGO层的厚度进行检测。结果显示,在毫米波段可以利用反射系数的相位差来良好的表征长脱黏的宽度,面脱黏时的脱黏面积,大脱黏时的脱黏深度以及TGO层的厚度;采用的工作频率越高时检测的灵敏度越高,并且对检测参数的检测分辨率越高。

关键词：毫米波无损检测热障涂层脱黏热生长氧化层

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反射系数法微波检测热障涂层厚度的实验研究

仪器仪表学报 2011年第11期32卷 2590-2595页

作者：何存富杨玉娥吴斌北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124 山东省济宁学院物理与信息工程系曲阜273155

为了保证热障涂层的隔热效果,对热障涂层的厚度进行了微波无损检测。检测中探头选用R281A带法兰矩形波导探头,工作频率范围为26.5～40 GHz。仿真计算利用CST微波工作室(computer simulation technology-microwave studio)软件进行。实... 详细信息

为了保证热障涂层的隔热效果,对热障涂层的厚度进行了微波无损检测。检测中探头选用R281A带法兰矩形波导探头,工作频率范围为26.5～40 GHz。仿真计算利用CST微波工作室(computer simulation technology-microwave studio)软件进行。实验结果表明,在26.5～40 GHz工作频率范围内,反射系数的相位差能良好地表征热障涂层的厚度。并且在高频率段时可以达到相位差变化1°,热障涂层的厚度变化约8μm的分辨率。在28.5～29.1 GHz工作频率范围内,反射系数的幅值也能表征热障涂层的厚度。实验结果与仿真结果基本吻合。

关键词：矩形波导微波检测热障涂层厚度相位差幅值