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相位加权的矢量全聚焦超声阵列成像方法研究

声学学报 2017年第4期42卷 485-494页

作者：焦敬品杨素方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

常规矢量全聚焦成像仅利用检测信号的幅值信息,其成像质量受噪声、栅瓣和旁瓣等的影响大。综合利用检测信号的幅值和相位信息,本文提出两种相位加权的矢量全聚焦成像方法。首先,对全矩阵数据的相位信息进行分析,提取出两种相位特征参数... 详细信息

常规矢量全聚焦成像仅利用检测信号的幅值信息,其成像质量受噪声、栅瓣和旁瓣等的影响大。综合利用检测信号的幅值和相位信息,本文提出两种相位加权的矢量全聚焦成像方法。首先,对全矩阵数据的相位信息进行分析,提取出两种相位特征参数:相位一致因子(Phase Coherence Factor:PCF)和极性一致因子(Sign Coherence Factor:SCF);然后,将全阵列划分为若干子阵列,分别利用两种相位特征参数对各个子阵列的成像幅值进行加权,求取加权幅值特征向量;最后,对所有子阵列的加权特征向量进行合成,得到两种加权的矢量全聚焦成像,并从中提取出裂纹方向及尺寸等特征信息。将三种矢量全聚焦成像方法应用于不同缺陷检测仿真及实验验证,结果表明,3种方法均可以实现缺陷方向识别与长度定量测量;但相位加权矢量全聚焦成像效果明显优于常规矢量全聚焦成像结果,其成像信噪比及分辨率更高,缺陷角度及长度测量结果更准确。本文研究工作为缺陷无损评价提供了可行的技术手段。

关键词：矢量方向相位特征缺陷检测长度测量无损评价特征向量权矢量聚焦超声相位一致子阵

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单模态兰姆波线形阵列传感器研制及应用

仪器仪表学报 2018年第11期39卷 155-162页

作者：焦敬品杨素方何存富吴斌北京工业大学机械工程与应用电子技术学院

针对兰姆波检测中的多模态现象对其缺陷检测效果的影响,进行了线形阵列单模态兰姆波选择方法研究。在对无限大板中线形阵列兰姆波传播问题理论分析的基础上,发展了一种基于遗传算法的线形阵列单模态兰姆波选择方法。在保持线形阵列激励... 详细信息

针对兰姆波检测中的多模态现象对其缺陷检测效果的影响,进行了线形阵列单模态兰姆波选择方法研究。在对无限大板中线形阵列兰姆波传播问题理论分析的基础上,发展了一种基于遗传算法的线形阵列单模态兰姆波选择方法。在保持线形阵列激励幅值相同的情况下,通过将优化得到的时间延迟施加到线形阵列的各阵元,实现较单一模态兰姆波激励。同时,研究了激励频率对线形阵列兰姆波模态选择的影响,获得了单模态选择性较佳的检测频率;仿真和检测实验表明,通过调控线形阵列各阵元的激励时间延迟,可以较好地实现单一A0和s0检测。研究工作为超声导波模态选择提供了可行的技术手段。

关键词：兰姆波模态选择线形阵列遗传算法

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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

L(0,2)模态在管道内壁附着物测厚中的应用

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应用基础与工程科学学报 2016年第2期24卷 354-363页

作者：张学聪何存富李楠焦敬品北京工业大学机械工程与应用电子学院北京100124

管道内壁附着物厚度的状况,是工业生产安全性评价的一项重要指标.以有机热载体炉为例,其管道内壁的积碳层极易造成加热炉管的某些部位局部过热,导致爆管发生,造成人员伤亡.本文分析L(0,2)模态在双层管道中的传播特性后提出,利用110k Hz... 详细信息

管道内壁附着物厚度的状况,是工业生产安全性评价的一项重要指标.以有机热载体炉为例,其管道内壁的积碳层极易造成加热炉管的某些部位局部过热,导致爆管发生,造成人员伤亡.本文分析L(0,2)模态在双层管道中的传播特性后提出,利用110k Hz下L(0,2)模态导波的群速度随管道内壁附着物厚度增长单调减小的特性,无损定量地检测外径57mm,壁厚3.5mm管道的内壁均匀附着物的厚度.随后建立了管道内壁附着物厚度定量检测系统,利用中心频率为110k Hz的压电斜探头以非对称加载的方式对内壁附着有0、1、1.5、2和2.5mm均匀模拟积碳的管道试样进行了35组实验研究.实验结果表明,L(0,2)模态群速度的实验值与理论值的总体变化趋势保持了一致.利用本方法可以定量检测管道内壁附着物的厚度,对安放空间狭小、无法沿管道周向布置阵列传感器的工业管道的检测具有很好的实用意义,并且对于后续的探头开发具有指导意义.

关键词：无损检测超声导波 L(0,2)模态管道附着物厚度测量

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金属板疲劳损伤非线性兰姆波混频检测

声学学报 2022年第2期47卷 256-265页

作者：焦敬品李立高翔吴斌何存富北京工业大学材料与制造学部北京100124

针对金属板结构安全运行需要,开展了金属板结构疲劳损伤非线性兰姆波混频检测方法研究。通过数值仿真,研究了两列A_(0)兰姆波与材料损伤间的非线性相互作用。结果表明,两列共线A_(0)兰姆波在结构材料损伤处产生单向传播的和频S_(0)波,... 详细信息

针对金属板结构安全运行需要,开展了金属板结构疲劳损伤非线性兰姆波混频检测方法研究。通过数值仿真,研究了两列A_(0)兰姆波与材料损伤间的非线性相互作用。结果表明,两列共线A_(0)兰姆波在结构材料损伤处产生单向传播的和频S_(0)波,且和频波幅值随传播距离具有积累增长效应。对不同疲劳程度金属板试件进行了共线混频兰姆波检测实验,结果表明,和频波幅值随试件疲劳周数的增加呈单调递增趋势,提出的兰姆波混频技术可用于金属板结构疲劳程度的表征。研究工作为金属板结构疲劳损伤检测提供了可行的技术方案。

关键词：单向传播疲劳程度非线性相互作用材料损伤兰姆波单调递增传播距离混频

基于BP神经网络的管道泄漏声信号识别方法研究

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仪器仪表学报 2016年第11期37卷 2588-2596页

作者：焦敬品李勇强吴斌何存富北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

针对城市供水管网泄漏检测需求,进行了泄漏声信号识别方法研究。分析了泄漏信号的时域、频域及波形特点,提取出可用于泄漏信号表征的20种特征参数;基于提取的泄漏声信号特征参数,构建了泄漏声信号BP神经网络识别系统;研究了神经网络结构... 详细信息

针对城市供水管网泄漏检测需求,进行了泄漏声信号识别方法研究。分析了泄漏信号的时域、频域及波形特点,提取出可用于泄漏信号表征的20种特征参数;基于提取的泄漏声信号特征参数,构建了泄漏声信号BP神经网络识别系统;研究了神经网络结构(隐含节点数、传递函数、学习率)及输入参数的数量和种类对泄漏信号识别效果的影响,并优化出最佳的神经网络结构及输入参数。在以上研究基础上,利用优化后的神经网络对实验室及现场管道泄漏信号进行了交叉训练和识别,结果表明,提出的基于泄漏特征参数的神经网络系统具有较高的可靠性和普适性,可以很好地实现不同场景下泄漏信号的交叉识别,整体识别率达92.5%,为解决不同工况下泄漏信号识别做了有益的探索。

关键词：管道泄漏声发射特征提取 BP神经网络信号识别

一种高信噪比电磁声表面波传感器及在厚壁管道检测中的应用

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机械工程学报 2017年第4期53卷 59-66页

作者：何存富邓鹏吕炎焦敬品吴斌北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

为了提高在自激自收模式下接收信号的信噪比,自行研制一种不同结构配置的电磁声表面波传感器,分析其提高信噪比的机制及影响其信噪比的因素。在自激自收模式下,由于所研制的传感器中磁铁与线圈间存在间隔,降低了磁铁中超声波的影响,进... 详细信息

为了提高在自激自收模式下接收信号的信噪比,自行研制一种不同结构配置的电磁声表面波传感器,分析其提高信噪比的机制及影响其信噪比的因素。在自激自收模式下,由于所研制的传感器中磁铁与线圈间存在间隔,降低了磁铁中超声波的影响,进而提高了信噪比。研究结果表明,接收信号的信噪比不仅与提离距离(磁铁与线圈的间隔)有关,而且与其中心频率成正相关关系。所研制的3个不同中心频率电磁声表面波传感器性能测试结果表明,其实测中心频率与设计值一致,其指向性与理论分析相吻合。采用所研制的表面波传感器对标准样块上不同深度的缺陷进行检测,试验结果表明,当缺陷深度约达表面波波长的1/4时,即可检测到该缺陷。进一步选用中心频率1.0 MHz的表面波传感器,实现了对厚壁管道上周向矩形槽、轴向矩形槽和平底孔3种类型缺陷的检测。

关键词：表面波EMAT 信噪比缺陷检测厚壁管道

基于不同相控聚焦模式的非线性超声阵列成像方法研究

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机械工程学报 2016年第14期52卷 15-24页

作者：焦敬品杨素方马婷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

发展一种用于缺陷定位的非线性超声阵列成像方法。研究聚焦声场的时间-空间传播特点以及形成扩散声场的条件,分析并行聚焦和顺序聚焦的扩散声场声动能与非线性效应的关系,提出利用超声阵列在两种聚焦模式下激励带宽内(基波)声动能差值... 详细信息

发展一种用于缺陷定位的非线性超声阵列成像方法。研究聚焦声场的时间-空间传播特点以及形成扩散声场的条件,分析并行聚焦和顺序聚焦的扩散声场声动能与非线性效应的关系,提出利用超声阵列在两种聚焦模式下激励带宽内(基波)声动能差值表征的非线性超声成像方法。进一步研究时延及时间窗宽对两种检测模式的扩散声动能及非线性成像的影响,优化出有效的非线性成像参数。结果表明:时延的选择对成像结果影响较大,时间窗宽的选择对成像结果影响较小;在一定时延范围内,均可以形成稳定的扩散声场,在该时延范围内可以较好实现微裂纹检测。利用提出的非线性超声阵列成像方法很好地实现了结构中微裂纹检测及成像。

关键词：非线性成像相控阵扩散声场聚焦方式超声阵列

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闭合裂纹非共线混频超声检测试验研究

声学学报 2017年第2期42卷 205-213页

作者：焦敬品樊仲祥吴斌何存富北京工业大学机电学院北京100124

针对结构中微裂纹检测难题,发展了一种闭合裂纹非共线混频超声检测方法。在对非共线混频超声检测机理分析基础上,进行了结构中疲劳裂纹混频非线性超声检测实验。对有无裂纹试件中检测信号进行了滤波和时频分析,结果表明,可根据信号滤波... 详细信息

针对结构中微裂纹检测难题,发展了一种闭合裂纹非共线混频超声检测方法。在对非共线混频超声检测机理分析基础上,进行了结构中疲劳裂纹混频非线性超声检测实验。对有无裂纹试件中检测信号进行了滤波和时频分析,结果表明,可根据信号滤波后时域波形中是否存在明显的混频波包或时频分析中是否存在明显的和频分量,实现有无闭合裂纹的判识;通过移动激励探头的位置,控制两列入射声波在试件中的交汇位置,实现试件中不同深度位置的混频非线性检测。并根据测得的混频非线性系数沿试件深度方向上分布,实现了闭合裂纹沿深度方向上长度的测量。研究工作为结构中微裂纹定量评价做了有益探索。

关键词：闭合裂纹超声检测混频检测试验共线微裂纹检测非线性检测时频分析