用二维谱技术研究相控线阵声波辐射器在充液井孔中产生的声场

采用二维谱技术对充液井孔中的相控线阵声波辐射器的辐射特性及其产生的声场进行了数值研究. 结果表明， 在频率波数域中可以清楚地把在时间空间域中难以分开的模式分辨开来. 相控线阵声波辐射器的阵元个数、阵元高度以及相邻阵元间激励信号的延迟时间等参数可以控制辐射声束的角宽和辐射声束的偏转角. 增大井孔中的相控线阵声波辐射器的相邻阵元间的激励信号的延迟时间，可以使相控线阵辐射的声束入射于井壁上的指向角不断变大，先后满足滑行纵波临界折射和滑行横波临界折射条件，从而使充液井孔中的滑行纵波和滑行横波分别得到加强. 在井孔中采用相控阵声波辐射器可以提高声波勘探的空间分辨率和信噪比.     

声频谱测井仪器的研制和野外实验

研制成功的声频谱测井仪器在井下发射和接收三种频率的声波信号,其中发射和接收20kHz声波信号的声系有一个发射和四个接收探头,源距为2.1~2.568m,间距为0.156m;发射和接收40kHz声波信号的声系由一个发射和两个接收探头组成,源距1.0~1.5m,间距0.5m;发射和接收10kHz声波信号的声系由一个发射和两个接收探头组成,源距为2.168~2.668m,间距0.5m.用三种不同的频率的声波进行测量记录目的是获得井壁径向深度不同处介质的声学信息,而且不同频率的声波信号在岩石中传播过程中频谱变化也是井壁岩层的可用声学信息.在井下的信息采集、数据传输、地面记录和监控全部由计算机控制.该仪器已经在大庆油田的三口井中成功的进行了野外实验.     

超声相控阵声束时空控制仿真研究

超声相控阵检测技术是工业无损检测领域新的发展方向,其中相控发射与相控接收过程在整个检测过程中是十分关键的环节,在此过程中通过控制声束偏转聚焦到检测的各个区域内,从而达到对整个检测区的扫描。在研究超声相控阵检测原理的基础上,建立了声束时空控制模型,仿真研究了声束偏转与聚焦过程。     

发射状态下定向器束角速率信号的联合时频分析

采用角速率作为定向器束振动特性的表征 ,用压电射流角速率陀螺仪测量了定向器束实际发射状态下的角速率。其时间历程包括发射时弹体在管内运行、燃气对定向器束冲击及冲击后定向器束自由振动的振动角速率。利用联合时频分析方法分析了振动角速率信号 ,确定了发射状态的不同时刻定向器束的振动频率     

电弧超声的频率响应特性及其谐振机理

为探讨并建立一种频率、功率等参数可以实时调节的新型超声发生机构,选择熔化极与非熔化极电弧回路,分别施加高频连续交变信号和脉冲敲击式信号,以不同的能量传输方式成功地实现了电弧超声激发。对受激电弧的声发射信号分析表明,从音频到超声频带,电弧声发射与激励频率之间存在着线性响应和非线性响应特征。利用熔池简化模型和振动方程,解释了电弧超声谐振波群的产生机理,预测了谐振频带的可能分布。这些特性对实现功率超声“柔性控制”具有潜在的应用价值。     

面向行为感知的超声两路同步收发平台设计

为了解决现有声波行为感知中收发平台可用超声频段低、频带窄、收发可扩展性差、同步性不足等问题,设计了一套超声两路同步收发平台.该平台的设计内容主要包括USB两路同步收发声卡及超声发射音箱.首先,基于STM32F446VCT6单片机设计了USB两路同步收发声卡硬件以及保障音频流实时性的固件程序和一种基于指针调整的无反馈同步算法.然后,基于音箱架构设计了超声发射音箱(能够发射高功率和宽频带的超声),并设计了信号冲击保护装置.测试结果表明,本平台能够实现两路收发20 kHz～40 kHz频段的超声信号,并且收发保持同步.     

向井外地层中扫描辐射声场的数值模拟

应用实轴积分方法研究了实现由充液井孔中的相控线阵声波辐射器向井外地层中扫描辐射声场的方法. 研究表明, 通过改变井孔中的相控线阵声波辐射器的阵元个数、相邻阵元间激励信号的延迟时间等参数可以控制辐射声束的角宽和入射于井壁的入射角. 当辐射器产生的声束以小于第一临界角的偏转角入射到井壁上后, 在井外地层中产生的纵波的偏转角近似满足平面波入射于平面界面时的折射定律. 当井孔中的相控线阵的辐射声束角宽较小, 且声束偏转角小于第一临界角时, 可以假设将相控线阵置于无井孔的均匀固体中, 利用固体中相控线阵的指向性函数直接计算井外声场的空间分布. 向井外地层中扫描辐射声场技术可以用于提高反射声波测井和井间声波勘探的空间分辨率和信噪比.     

火车轮裂纹自动在线无损检测系统研究

火车轮作为火车的关键部位，铁道运输部门一直都非常重视火车轮裂纹检测及故障定位研究。自动在线无损检测系统是发现火车轮是否存在裂纹的有效手段，它可有效避免铁路行车事故。该文首先介绍自动在线无损检测系统的设计原理和方法，其次再介绍裂纹声波信号的特点，并根据裂纹声波的特点分析裂纹声波信号、介绍声波信号的识别方法，以准确判别火车轮裂纹声波，最后从自动在线无损检测系统的声发射原理简要介绍声发射信号的接收。     

论运动媒质中的声波

本文分析了静止媒质中的声波定律是否适用于运动媒质系统,结论是:静止媒质中的平面声波传播方程适合于以任何可能速度运动的运动媒质,而Snell的声波定律则不适用于运动媒质系统。文中还讨论和分析了入射超声、反射超声和折射超声之间的能量分配比例。稳定行波定向超声声束每单位时间各自传播的能量和媒质系统中所吸收的能量与媒质系统的运动速度无关。一个入射定向超声脉冲及其在媒质运动系统中所产生的诸次级定向超声脉冲的能量则较静止媒质为大,但能量分配的比例与媒质系统的运动速度无关。     

向套管井外地层中定向辐射声场的数值计算

针对过套管探测地层构造的工程需要,用实轴积分法研究套管井不同胶结状况下相控线阵声源在套管井外地层中激发的纵波声场.结果表明:在套管井胶结差时透射到地层中的能量减小,但在套管井任意胶结状况下,通过改变井孔中相控线阵相邻阵元间激励信号的延迟时间均可以控制井外地层中辐射声束的角宽和偏转方向,使声波沿着预先没定好的方向辐射;与单个点声源激发的声场相比,在声束主瓣角偏转方向,地层的纵波幅度得到了明显增强,这可从根本上增加来自套管井外地层声阻抗不连续界面的反射波能量,提高信噪比和探测能力;利用相控线阵声源向井外地层中定向扫描辐射声场的技术可提高对套管井外复杂地质构造的识别能力.     

页岩气藏缝网压裂物理模拟的声发射监测初探

水力压裂模拟实验中,对水力裂缝的监测和识别是研究储层裂缝形态的基础。利用室内大尺寸真三轴水力压裂物理模拟装置对300 mm×300 mm×300 mm立方体页岩试样开展体积压裂实验,建立多通道声发射实验监测系统,在试样两个对称侧面布置声发射探头,采集实验过程中裂缝破裂时的声波信号,对裂缝缝网形成过程进行三维动态实时跟踪,可以明确水力裂缝起裂和裂缝扩展形态;再结合声发射计数曲线和泵压曲线可以实时监测水力裂缝不同扩展阶段,判别水力裂缝与天然裂缝相互沟通过程。监测过程发现,声发射累积次数最高点先于破裂压力点出现,水力裂缝扩展接收的声发射信号多于天然裂缝开启过程,地层破裂后泵压曲线的波动可以识别裂缝之间的沟通程度,打开试样观察示踪剂的分布特征进一步验证了声发射监测结果。     

超声多普勒流量计实现分区流速测量的方法研究

为了扩展超声波多普勒测量方法的功能并提高超声多普勒流量计的测量精度,提出了可以实现流通区域内流体速度分布测量的分区流速测量方法。采用超声波交叉域法,对声束的发射与接收进行汇聚,使汉速信息集中在流场中十几毫米到数毫米的区域范围内;采用了发射、接收换能器,让声束的交叉域分布在描述流场特性的地方,实现了流场的分区流速测量。扩展了超声波多普勒方法的功能,若对分区流速进行积分处理就可获得流量,为提高超声多普     

基于人工梯度结构的声传输特性分析

为了使声波产生不同于传统天然声学材料的反常传输特性,使其在声通信、声探测及声波低损耗定向传输等方面提供新思路,采用COMSOL有限元方法模拟了声波在局域共振型人工梯度结构中的传播特性。仿真结果表明:在波平面经过一系列的低传输后,所设计模型吸收了大多数的入射声波,与此同时,在模型的另一侧,声波重新在出射声波处汇聚出了一个全新的焦点。此外,越接近共振频率,声波的传输特性便相对越好,由于人工声学结构具有设计灵活性及可调控性,因此在实际应用中可以根据具体情况进行结构的设计,使其满足传输声波信号所需的共振频率,以此提高声波传输效率,为实际水下声源探测、声波通信等提供新思路。     

金属疲劳裂纹声发射特性分析及检测概率研究

声发射信号特征参数可以反映结构损伤过程,针对声发射技术对结构损伤的检测概率问题,以金属疲劳裂纹检测试验为基础,首先利用声发射特征参数的趋势分析和关联分析法,对采集到的声发射信号进行了处理与分析;其次,根据贝叶斯理论,计算了声发射对一定长度疲劳裂纹的检测概率,可为利用声发射技术进行金属疲劳损伤检测时的信号分析,以及完善航空结构裂纹检测概率曲线手册提供参考。     

声波定向发射器的原理研究与电路实现

通过对声波定向发射原理的研究;在实验验证其原理的基础上,提出了声音定向发送器的电路框架结构;用具体电路和器件搭建了声波定向发射器的实验样机。经对样机的实际环境测试,获得明显的声音定向效果。在声波定向发射器的研究中,分别对调制方式、超声波换能器阵列、功率放大器的具体实现方案进行了详细的讨论,为高强度功率声波定向发射器的研发奠定了基础。     

二维超声阵列换能器声束控制技术的仿真研究

超声波束特性直接影响超声图像的清晰度和对比度。二维超声换能器阵列结构岛数字声束控制技术相结合,是现代超声成像系统发展的重要方向。以二维平面矩形超声换能器阵列和二维圆环超声换能器阵列为对象,利甩仿真实验分别测试幕声束聚焦、声束激励、幅度变迹等技术对声束的控制性能。结果表明,灵活的声束控制技术组合可似有效提高二维超声换能器阵列的声束性能,突出声束主瓣,降低旁瓣与栅瓣的影响。     

基于核密度估计方法的涤棉混纺纱拉伸断裂声发射信号分析

为了研究涤棉混纺纱拉伸断裂过程中各组分纤维的断裂情况,自主搭建了声发射信号采集装置,分别采集纯涤纶、纯棉和涤棉混纺环锭纱的拉伸断裂声发射信号,采用HHT和ICA分析方法将声发射信号的时域信号转换成频域信号,并提取特征量频率与幅值。基于核密度估计方法对涤棉混纺纱的拉伸过程中涤纶与棉纤维的声发射信号进行分析。结果表明:涤棉混纺纱拉伸过程中其组分纤维的声发射信号可以用特征频谱表征;在拉伸过程的每一个阶段,各种材料声发射特征频谱的不同可以由特征频率的核密度估计表达,并可推测其组分纤维的断裂次序。     

换能器与超声加工专题

正换能器是一种有目的地发射或接收声波信号的器件,是水声、检测、超声加工及处理等诸多声学应用领域中的关键部件之一。功能材料、建模优化设计、制作工艺是换能器发展的基础。不同种类换能器的设计可以相互借鉴、学习。超声电源则是一种向超声换能器提供能量并使其稳定工作的装置,它的性能以及其与换能器的阻抗匹配直接影响着声振动系统能否高效、稳定而安全地工作,也间接影响着超声加工的质量。超声加工属特种加工中的一种方法,具有切削     

混凝土结构损伤声发射分析方法研究进展

基于声发射技术在混凝土损伤检测中广阔应用前景，对国内外混凝土损伤的声发射分析方法的研究进行了分析。混凝土损伤的声发射分析方法梳理工作主要围绕混凝土损伤声发射信号特征参数分析、声发射信号波形分析、基于声发射技术的混凝土损伤定位分析和火灾下混凝土结构损伤声发射技术应用4个方面来展开，介绍了多种声发射分析方法的研究现状，并对其技术特点和适用范围进行了总结。     

工程陶瓷高效深切磨削加工中声发射的实验研究

通过对部分稳定氧化锆(PSZ)和Al2O3两种工程陶瓷材料进行高效深切磨削加工中声发射的实验研究,分析了这两种材料在高效深磨过程中,在不同的砂轮线速度、工作台速度和磨削深度的条件下声发射信号变化的规律;同时也分析了在同一磨削参数下这两种材料对声发射信号的影响. 还分析了砂轮修整前后声发射信号的变化. 进一步在时域分析的基础上,对声发射信号进行了频谱分析. 分析了高效深磨过程中声发射信号的频谱分布范围. 实验研究结果表明,声发射信号与磨削过程有着良好的对应关系,可以利用磨削过程中声发射信号的变化规律实现对工程陶瓷材料高效深磨削过程的监测和控制.