主动传感技术在耐火材料声学传递机理与方法研究中的应用

在使用声发射检测技术对耐火材料进行检测时,因为只能采集到经传递衰减后的声波信号,而非损伤源信号,故不能准确判断损伤状况。而恢复、获取损伤源信号,首先需要掌握声发射信号在耐火材料中的传递规律。以两种工业用耐火材料为研究对象,使用了主动传感方法模拟发射声发射信号,以幅值相对衰减系数和能量相对衰减系数作为判别指标,研究了应力波在耐火材料中不同传递通道下的传播规律。研究发现:应力波在耐火材料中传递时:信号的能量都比幅值对信号相对衰减响应更明显;相同的传递通道下,不同的传递方向,传递后信号的幅值、能量衰减系数均相同;幅值、能量衰减系数都与传递通道通道长度符合线性关系,线性度很高。     

多重分形的耐火材料损伤声发射信号特征提取方法

为了对镁碳质耐火材料损伤声发射信号进行有效的特征提取,研究了利用非线性领域的分形方法进行特征提取的可行性。首先利用仿真声发射信号研究了多重分形谱参数(Δα、Δf、K),广义分形维数均值Mean Dq等参数表征信号频谱结构特征的能力,结果表明多重分形谱宽Δα能够有效的表征信号的频谱特征;然后对镁碳质耐火材料进行单轴压缩试验,采集损伤声发射信号,并计算出两种典型损伤声发射信号的多重分形谱宽Δα,通过多重分形谱宽的分布证实了利用其进行特征提取是可行的。     

耐火材料声发射源信号的盲反卷恢复

声发射信号是表征材料内部损伤状态的重要指标。由于源信号无法直接获取,研究的通常是传播一段距离后已失真的信号,这对材料损伤状态的准确判断带来了影响。为了降低传播路径对声发射源信号的衰减和失真带来的不利影响,假设声发射信号在耐火材料的传递路径为线性系统,对传递通道的冲击响应函数进行了估计,并设计了反卷滤波器。与实验结果对比发现,该方法很好的辨识了传递通道未知的系统,并能一定程度地恢复声发射源信号,为材料损伤状态的准确判断提供参考。     

粒子滤波在机械密封声发射信号降噪中的应用

机械密封声发射信号容易受到环境噪声的干扰,信噪比很低。提出一种基于互补集合经验模态分解(CEEMD)和粒子滤波(PF)相结合的降噪新方法(CEEPF)。该方法首先对采集的声发射信号进行CEEMD分解,利用相关系数原理识别出高频IMF分量后对其进行重构;然后对重构后的信号建立ARIMA模型,将其作为信号的状态方程,再利用小波分解重构思想提取测量噪声,并建立测量方程;最后对重构信号进行粒子滤波,将滤波结果与各低频IMF分量一起重构得到降噪后的声发射信号。结果表明:基于CEEMD与PF的机械密封声发射信号降噪方法能够很好地滤除背景噪声,并且能最大程度保留有效信息。对仿真信号和实验信号分别进行CEEMD小波阈值、标准粒子滤波、CEEPF降噪,发现CEEPF降噪在降噪效果上明显优于其他2种方法。     

粒子滤波在机械密封端面接触状态声发射监测中的应用

机械密封端面运行过程中所产生的声发射信号在传递过程中容易受到环境噪声的干扰,难以有效地从背景噪声中分离出来。研究粒子滤波技术在机械密封端面膜厚及开启状态声发射监测中的应用。将声发射传感器安装在机械密封静环座上,对动静环端面开启状态进行外部间接检测;运用粒子滤波技术处理采集的声发射信号,提取信号时域、频域及小波包能量特征;建立BP神经网络模型,对机械密封端面开启状态及膜厚进行识别。结果表明：粒子滤波技术能够有效地将密封端面产生的信号从背景噪声中分离出来;通过BP神经网络对提取的特征值进行模式识别,实现了密封端面膜厚变化范围的间接测量。该方法分析结果与电涡流传感器直接测量所得到的结果完全一致。     

基于小波变换的管道泄漏声发射检测信号处理

针对管道泄漏声发射检测信号中含有大量噪声导致定位精度低这一实际,研究了基于小波变换的声发射检测信号降噪技术,利用小波函数阀值降噪法对泄漏系统所采集的信号进行滤波处理,以保证采集到的瞬态信号有效性,并采用互相关分析法对泄漏点定位.10种工况下实验结果表明,采用小波变换对声发射检测信号处理处理后,管道的定位精度在5％之内,满足工程实际需要.     

结构声发射的数值模拟及实验研究

由于声发射源产生的瞬态弹性波会在传播过程中产生各种频率和模态的声发射信号,这给应用声发射技术进行无损检测带来一定困难。针对声发射信号在实际介质中传播的复杂性,为了研究弹性波的传播对波形的影响,提出了利用有限元方法模拟声发射信号在薄铝板的传播及几何形状边界反射过程,得到声发射波形的时域特征,进一步分析了声发射信号在铝板中的传播特性;搭建了与有限元模型相应的声发射断铅实验系统来采集断铅信号。试验及研究结果表明,利用声发射断铅实验系统获得的信号与有限元计算方法得到的模拟信号基本吻合,说明有限元数值计算方法可以作为分析声发射信号传播过程的一种手段;该结果为基于声发射的结构缺陷检测技术提供了数值模型,同时声发射技术用于无损检测也有了更精确的理论基础。     

利用模态声发射技术监测飞机主结构件的日历损伤

研究了腐蚀特别是点腐蚀过程产生声发射(AE)的源机制及AE信号特点,推导了AE信号幅度与腐蚀深度及频率的关系,并说明该关系对利用AE技术监测腐蚀损伤的意义。论述了利用模态声发射(MAE)技术识别腐蚀AE信号的理论根据,介绍了利用MAE技术对飞机主结构件日历损伤进行评估的方法。基于试验获得的航空用铝合金材料在加速腐蚀过程中的声发射信号与腐蚀损伤的关系对研究材料损伤程度与声发射强度之间的内在联系有重要意义。试验表明,腐蚀能远在被肉眼发现之前即可很方便地用AE仪器检测,利用AE技术探测早期腐蚀、研究腐蚀发展规律、监测和评估腐蚀损伤具有极其良好的应用前景。     

基于LabVIEW的声发射采集分析系统研发北大核心CSCD

针对声发射技术应用于结构健康监测时面临的硬件系统及传感器价格昂贵、分析软件自行扩展困难、无法实现大规模数据采集与分析的问题,基于LabVIEW平台开发了声发射采集分析系统,实现了声发射信号的采集、存储与分析等功能。在一块铝板表面安装压电陶瓷传感器并进行了断铅试验,通过采集信号并计算得出了声发射特征参数,验证了采集系统的可行性。最后在铝板上进行了声发射源的定位实验研究,结果表明测定的声发射源位置与实际位置误差范围在5%之内,证明了开发的声发射分析系统的准确性。     

基于小波神经网络的FRP容器爆破声发射信号研究

对FRP复合材料容器进行水压爆破的力学性能实验,利用声发射检测技术,采集FRP复合材料容器在受压损伤和爆破过程中的声发射信号。将采集到的声发射信号进行小波包特征提取,得到的前8个频带的特征向量作为小波神经网络的输入样本。据得到的数据样本库数据来预测、验证复合材料容器的破坏过程。