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空气耦合超声斜入射法检测固体火箭发动机脱粘缺陷及成像技术研究

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中国测试 2023年第7期49卷 139-147页

作者：李博俊李剑艾春安黄留春吴超火箭军工程大学陕西西安710025

为实现固体火箭发动机复合材料壳体粘接结构的非接触在役检测,该文采用空气耦合超声斜入射反射法进行研究。构建空气耦合超声斜入射检测系统,根据理论和实验确定有效的入射角范围并得出最佳入射角度,使用不同频率的探头在最佳入射角度... 详细信息

为实现固体火箭发动机复合材料壳体粘接结构的非接触在役检测,该文采用空气耦合超声斜入射反射法进行研究。构建空气耦合超声斜入射检测系统,根据理论和实验确定有效的入射角范围并得出最佳入射角度,使用不同频率的探头在最佳入射角度下进行斜入射横波法反射法C扫描成像,最后用图像处理方法对缺陷进行定量表征,并与穿透法C扫描结果进行对比。结果表明:当遇到缺陷时,信号幅值会增大;两种检测频率下,12°为最佳入射角,且频率越大,信号的衰减越大;使用420 kHz探头检测时获得的C扫描图像质量高于250 kHz。通过混合滤波、改进的区域生长图像分割、Canny算子边缘提取以及形态学平滑处理和细化等方法,有效提取缺陷边缘,可实现缺陷的定量表征,420 kHz探头定量精度明显高于250 kHz,且缺陷尺寸越大,该方法结果与穿透法结果越吻合。

关键词：固体火箭发动机空气耦合超声斜入射法横波缺陷成像

基于全向型S0模态磁致伸缩传感器的无参考缺陷成像方法研究

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机械工程学报 2015年第10期51卷 8-16页

作者：刘增华樊军伟何存富吴斌北京工业大学机械工程与应用电子技术学院

Lamb波具有传播距离远、衰减小等优点,能在板结构中实现大范围、高效率的损伤检测和监测,在无损检测和结构健康监测领域具有极大的应用潜力。针对板结构大范围健康监测问题,为了能周向一致地激励出模态单一Lamb波S0模态,提高缺陷成像能... 详细信息

Lamb波具有传播距离远、衰减小等优点,能在板结构中实现大范围、高效率的损伤检测和监测,在无损检测和结构健康监测领域具有极大的应用潜力。针对板结构大范围健康监测问题,为了能周向一致地激励出模态单一Lamb波S0模态,提高缺陷成像能力,基于磁致伸缩效应,设计并制作一种全向型S0模态磁致伸缩传感器,由印刷电路板线圈,圆柱磁铁,圆形镍片组成。试验验证研制的传感器能够在铝板中有效激励出单一的S0模态,并测试其频率响应特性以及全向性,结果表明设计传感器中心频率为365 k Hz,并具有较好的全向性。进一步利用研制的全向型S0模态磁致伸缩型传感器组成稀疏传感器阵列。采用自激自收的方式对铝板结构中缺陷进行检测。利用离散圆弧成像与数据融合算法相结合的方法对多组数据进行处理,消除常规的稀疏传感器阵列成像时对结构健康状况下的信号依赖,无需健康状况下的信号作为参考,实现了在板结构中缺陷的定位和成像。

关键词： Lamb波全向型磁致伸缩传感器离散圆弧成像板结构缺陷成像

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基于共源方法的管中导波缺陷成像研究

工程力学 2013年第6期30卷 288-294,300页

作者：周进节何存富郑阳吴斌齐文博北京工业大学机械工程与应用电子技术学院北京100124

理论分析了管中L(0,2)模态导波的激发特性,将在不同圆周位置接收的缺陷反射声场分解为L(M,2)模态簇,通过数值频散补偿方法实现所分解信号的时间-空间变换,并用变换后的信号实现管中导波缺陷成像。采用有限元仿真研究了激励源的选择对管... 详细信息

理论分析了管中L(0,2)模态导波的激发特性,将在不同圆周位置接收的缺陷反射声场分解为L(M,2)模态簇,通过数值频散补偿方法实现所分解信号的时间-空间变换,并用变换后的信号实现管中导波缺陷成像。采用有限元仿真研究了激励源的选择对管中周向导波的抑制作用,以指导实际检测中激励换能器阵列阵元分布。实验研究了实现该成像方法的激励和接收压电晶片的配置,并对含单、双槽型裂纹缺陷的管道进行成像,验证了该方法的有效性。结果表明,该方法可实现管中裂纹缺陷的轴向及周向定位,为实现管道健康状况监测打下基础。

关键词：管道导波 L(M,2)模态簇时间-空间变换缺陷成像

太赫兹反射成像技术在复合绝缘子硅橡胶内部缺陷检测中的评述

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绝缘材料 2022年第7期55卷 10-16页

作者：唐志国李阳华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室北京102206

由于太赫兹波穿透能力强、成像分辨率高、抗干扰能力强等优点,基于太赫兹反射成像方式的无损检测技术成为绝缘子缺陷检测领域的研究热点。本文首先介绍了介质中太赫兹波的传播特性,构建传播模型分析了存在缺陷时因介质不连续性导致缺陷... 详细信息

由于太赫兹波穿透能力强、成像分辨率高、抗干扰能力强等优点,基于太赫兹反射成像方式的无损检测技术成为绝缘子缺陷检测领域的研究热点。本文首先介绍了介质中太赫兹波的传播特性,构建传播模型分析了存在缺陷时因介质不连续性导致缺陷界面处的太赫兹波折反射现象。然后概述了电磁波的时域有限差分法(FDTD),基于FDTD理论的电场随时间的变化方程利用全波三维电磁场仿真软件对硅橡胶材料进行几何建模仿真,发现在距离模型中心2.5 mm的观测面上观察到的太赫兹波分布情况差异可以反映内部缺陷的尺寸和位置,提供了一种理论研究仿真方法。最后综述了学术上应用太赫兹成像技术检测绝缘子内部缺陷的案例,分析了探测距离影响灵敏度、背景噪声影响成像分辨率和缺陷类型识别的问题,并针对这些问题进行了展望。

关键词：太赫兹波复合绝缘子时域有限差分法缺陷成像

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基于导波理论的管道缺陷成像研究

数据采集与处理 2006年第3期21卷 345-349页

作者：吴斌邓菲何存富李隆涛北京工业大学机电学院北京100022

在导波传播理论和频散波形预测理论的基础上,研究了超声导波在检测管道时,如何利用时域波形重构缺陷图像的问题。由于根据导波检测理论可以获得在任意时间管道表面任意位置的波形信息,而且管道上缺陷的存在直接影响导波信号的幅值,并被... 详细信息

在导波传播理论和频散波形预测理论的基础上,研究了超声导波在检测管道时,如何利用时域波形重构缺陷图像的问题。由于根据导波检测理论可以获得在任意时间管道表面任意位置的波形信息,而且管道上缺陷的存在直接影响导波信号的幅值,并被包含在回波信号中为传感器接收,所以通过对接收信号进行相应的处理便可预测缺陷处的波形用以成像。针对管道中的单通孔人工缺陷和轴向位置不同的双槽形人工缺陷,利用非轴对称端面加载的传感器激励L(0,2)模态导波进行检测,通过改变传感器周向位置获得一组检测信号以实现缺陷形状的成像。成像结果不仅能反映缺陷的类型,还能实现缺陷在轴向和周向的二维定位,对轴向双缺陷的定位取决于时间参数的选择。

关键词：缺陷成像超声导波理论无损检测波形预测

基于全向性SH0模态磁致伸缩贴片型传感器阵列的铝板缺陷成像研究

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机械工程学报 2018年第14期54卷 8-15页

作者：刘增华钟栩文李欣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工业大学北京市精密测控与仪器工程技术研究中心

板材在生产、运输或使用过程中易产生缺陷,影响板材的使用并造成安全隐患。采用传感器阵列成像技术能够直观、清晰地显示出缺陷的相关信息。SH0模态在铝板中传播时无频散现象,波速恒定,在对信号进行处理时,不需要考虑频散特性带来的影响... 详细信息

板材在生产、运输或使用过程中易产生缺陷,影响板材的使用并造成安全隐患。采用传感器阵列成像技术能够直观、清晰地显示出缺陷的相关信息。SH0模态在铝板中传播时无频散现象,波速恒定,在对信号进行处理时,不需要考虑频散特性带来的影响,有利于缺陷定位和成像。基于磁致伸缩换能机理,研制出一种能在板中激励接收SH波最低阶模态即SH0模态的磁致伸缩贴片型传感器,并测试其全向性。以工程中应用广泛的铝板作为研究对象,运用研制的全向性SH0模态磁致伸缩贴片型传感器布置成分布式传感器阵列。利用椭圆成像算法,实现了铝板中不同直径的模拟缺陷成像检测,探究了全向性SH0模态磁致伸缩贴片型传感器阵列的检测能力,并基于ROC曲线设定成像通用阈值,提高了缺陷成像质量。

关键词：铝板磁致伸缩贴片型传感器 SH0模态缺陷成像阈值

基于连续小波变换的玻璃纤维增强树脂复合材料太赫兹特征增强及缺陷成像

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复合材料学报 2021年第12期38卷 4190-4197页

作者：王赫楠任姣姣张丹丹顾健张霁旸李丽娟长春理工大学光电工程学院光电测控与光信息传输技术教育部重点实验室长春130022 长春理工大学光电工程学院光电工程国家级实验教学示范中心长春130022

玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)因其耐腐蚀、强度高等优点被广泛应用于航空航天、运输等领域,但在其制作过程中存在分层、气泡等缺陷,故需对其进行无损检测。本文针对不同位置的GFRP脱粘缺陷太赫兹无... 详细信息

玻璃纤维增强树脂复合材料(Glass fiber reinforced polymer,GFRP)因其耐腐蚀、强度高等优点被广泛应用于航空航天、运输等领域,但在其制作过程中存在分层、气泡等缺陷,故需对其进行无损检测。本文针对不同位置的GFRP脱粘缺陷太赫兹无损检测信号特征微弱的问题进行分析与研究,提出了利用连续小波变换(Continue wavelet transform,CWT)对太赫兹特征进行增强的方法,并通过计算图像对比度客观评价连续小波变换后得到的太赫兹图像。最终选择gaus2小波基函数,对变换后的信号进行缺陷成像,其峰值较原来增强了4.5倍,连续小波变换处理后的太赫兹缺陷成像的图像对比度提升了1.3倍,最终实现了6 mm GFRP 5 mm位置处50μm脱粘缺陷的识别。

关键词：玻璃纤维增强树脂复合材料太赫兹无损检测连续小波变换信号增强缺陷成像

基于时间反转算子分解算法的板中导波小缺陷成像

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北京工业大学学报 2018年第5期44卷 743-748页

作者：邓菲胡方朝张僖上海应用技术大学电气与电子工程学院上海201418

为进一步提高板中微小缺陷检测成像能力,将基于时间反转算子分解算法引入基于导波的板中缺陷检测成像研究中.该算法能将波的能量重新聚焦在多个极小的散射体上,每个散射体都对应一个显著的特征值,因此,通过对时间反转算子的奇异值分解... 详细信息

为进一步提高板中微小缺陷检测成像能力,将基于时间反转算子分解算法引入基于导波的板中缺陷检测成像研究中.该算法能将波的能量重新聚焦在多个极小的散射体上,每个散射体都对应一个显著的特征值,因此,通过对时间反转算子的奇异值分解获得特征向量,并通过将得到的时间反转信号反向传播来单独地对各个散射体进行成像,且提供各个散射体的相关信息.数值模拟结果表明该算法能实现缺陷定位,且小缺陷的成像分辨率明显优于传统时间反转成像方法,有望进一步用于复合板中的小缺陷检测成像研究.

关键词：导波时间反转奇异值分解缺陷成像

复合板缺陷的空耦Lamb波扫描仿真与成像研究

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仪器仪表学报 2019年第1期40卷 150-157页

作者：张慧刘玉振于露曾周末天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津300072

针对当前空耦Lamb波缺陷检测的不足,通过有限元仿真与实验验证的方法,对多种复合板缺陷类型的空耦Lamb波扫描成像进行了研究。首先,利用ABAQUS建立了Lamb波在复合板内的三维传播模型,基于该模型研究了空耦Lamb波在不同类型复合板缺陷扫... 详细信息

针对当前空耦Lamb波缺陷检测的不足,通过有限元仿真与实验验证的方法,对多种复合板缺陷类型的空耦Lamb波扫描成像进行了研究。首先,利用ABAQUS建立了Lamb波在复合板内的三维传播模型,基于该模型研究了空耦Lamb波在不同类型复合板缺陷扫描检测下的衰减特性,仿真结果表明,根据Lamb波扫描信号可以识别出缺陷在扫描方向上的位置与尺寸;然后,基于仿真结果制定了空耦Lamb波扫描实验方案,搭建了扫描实验系统,从两个相互正交的方向对复合板进行扫描检测,通过比较仿真和实验结果,验证了有限元模型的正确性;最后,根据概率损伤算法得到了扫描区域内的缺陷图像,成像结果表明,基于扫描检测的空耦Lamb波缺陷成像方法可以有效识别出多种复合板缺陷的尺寸、形状和损伤程度。

关键词：空气耦合Lamb波复合材料无损检测有限元缺陷成像