钢轨踏面斜裂纹超声表面波B扫成像检测研究

由滚动接触疲劳引起的钢轨踏面斜裂纹已成为目前高速铁路在役钢轨无损检测中的重要问题,现有的铁路钢轨超声探伤车(仪)难以检测此类缺陷。采用低频超声表面波方法,沿钢轨长度方向对钢轨踏面斜裂纹进行B扫成像检测。由于钢轨轨头为带圆弧边的矩形截面,在钢轨表面激发和传播的低频表面波已不再是经典的Rayleigh波,而是一类导波,导波的多模式对表面波成像检测形成了干扰。为减小干扰,将空间平均技术应用于钢轨踏面斜裂纹的表面波B扫成像。对人工缺陷试块和钢轨试样的B扫成像实验结果表明,利用空间平均技术能有效的抑制此类干扰,提高信噪比,可对钢轨踏面斜裂纹作快速检测和定位。     

钢轨踏面裂纹电磁超声表面波同步挤压小波快速成像检测研究

钢轨踏面在车轮的重复载荷作用下会产生滚动接触疲劳裂纹。钢轨踏面裂纹是典型的滚动接触疲劳裂纹,该类裂纹容易从轨头往下发展导致钢轨断裂,对行车安全造成重大隐患。首先采用有限元数值方法分析超声表面波与钢轨踏面裂纹的作用规律,研究了低频超声表面波在不同倾角、不同深度踏面裂纹上的散射特性及反射回波时域信号响应特点。其次,设计制作了中心频率为0.3 MHz的表面波电磁超声换能器(EMAT),对钢轨踏面斜裂纹进行B扫成像检测,以更好地识别显示裂纹。为克服EMAT提离对信号回波的影响以及适应快速巡查检测,对裂纹反射回波采用同步挤压小波变换(SWT)进行去噪和重建,实现了B扫快速成像。研究结果表明,所设计的表面波EMAT能够有效地检测钢轨踏面上的多个裂纹,采用同步挤压小波变换处理回波信号后,超声回波信噪比至少提高8.83 dB,可显著提高B扫成像清晰度和检测速度。     

钢轨电磁超声SV波与表面波多维集成检测

中国铁路总运营里程近14万km,大量钢轨服役时间较长,可能存在较多安全隐患.电磁超声作为一种非接触式、高穿透性的检测技术,可实现对钢轨的高效全面在线检测.然而,由于电磁超声存在换能效率低的问题,通常需要使用大功率激励装置来驱动其正常工作,单通道体积与功耗均较大.而钢轨由于承受恶劣环境的影响,需要一种能全面覆盖的高效低耗...     

基于小波分析的脉冲涡流/电磁超声复合无损检测方法

为了有效利用电磁超声中的脉冲涡流信号,实现电磁超声、脉冲涡流检测方法对缺陷检测的优缺互补,提出了一种基于小波分析的脉冲涡流/电磁超声复合无损检测方法,并结合数值仿真和实验验证了所提方法的有效性。     

脉冲压缩技术在高温锻件电磁超声检测中的应用

针对脉冲压缩技术应用于电磁超声检测时,检测系统频谱特性与调制信号带宽不匹配,导致脉冲压缩效果下降的问题,建立了电磁超声检测过程的场路耦合分析有限元模型,比较线性调频(LFM),Barker, LFM+Barker和调幅线性调频(AMLFM)+Barker共4种调制信号对脉冲压缩效果的影响。以高温锻件平底孔缺陷螺旋线圈电磁超声检测为例,对比和验证了同时宽的4种调制信号脉冲压缩技术的应用效果。研究结果表明：采用Barker信号激励时,获得的脉压信号主瓣信噪比最高,但由于时频积较小,空间分辨率差;采用LFM信号激励时,高温锻件中高频成分超声波衰减愈加严重,造成主瓣信噪比下降和波包宽度变大等问题;采用AMLFM+Barker激励时,由于子函数加窗导致主瓣宽度有所增加;基于LFM+Barker复合调制信号的脉冲压缩技术兼具高主瓣信噪比和高空间分辨率的优点。该研究可以为高温环境下铸锻件超声检测提供解决方法。     

基于广义交叉阈值同步压缩小波的超声信号特征提取方法

利用超声无损检测技术,对轴的表面裂纹检测时,微小裂纹回波信号常常会被各种噪声掩盖,造成裂纹无法识别和定位。为解决这一问题,提出采用广义交叉阈值同步压缩小波变换方法对超声回波信号进行分析,从时频域中识别裂纹回波信号特征并进行定位。该方法在同步压缩小波变换基础上,利用广义交叉验证估计降噪的阈值水平,不依赖于任何先验知识。具体地,通过添加基于峭度测量的预处理步骤和基于自适应硬阈值处理的后处理步骤,提高了阈值处理的效率和时频域内的降噪效果,从而实现了噪声与特征信号的有效区分。将该方法应用于轴表面微小裂纹超声回波信号的特征识别,并与连续小波变换的结果进行了对比,结果表明所提出的方法能够更精确地识别裂纹并提取裂纹出现时间点,进而判断微小裂纹的具体位置。     

基于EMAT技术的轮对踏面探伤仪

简述电磁超声换能器(EMAT)的结构组成及产生表面波的机理,分析了基于电磁超声表面波的车轮踏面缺陷检测原理.设计了基于电磁超声表面波的轮对踏面探伤仪,该探伤仪采用DSP+CPLD结构,构成数据处理、逻辑控制核心单元,信号由功率合成单元进行功率放大并与EMAT探头做输出匹配,提高输出功率;DSP系统完成超声波信号的数据处理及缺陷分析功能.最后对人工缺陷轮对和自然缺陷轮对进行试验,结果表明:检测过程无需耦合剂、无需沿踏面扫查,即可快速实现对轮对踏面表面及近表面10 mm范围内的车轮径向裂纹和大尺寸踏面剥离缺陷进行检测.     

线性调频脉冲压缩方法在空气耦合超声检测中的应用研究

为了提高空气耦合超声检测中的信号强度及其信噪比,研究线性调频脉冲压缩技术在空气耦合超声检测中的应用.介绍线性调频脉冲压缩技术的基本原理及其匹配滤波器的设计与实现,分析脉冲压缩参数对空气耦合超声检测结果的影响,试验研究不同激励方式对空气耦合超声换能器接收信号的影响以及脉冲压缩方法对提高信噪比的实际效果,构建空气耦合超声C扫描检测系统,对碳纤维增强复合材料板进行检测试验.研究结果表明:相对于常规脉冲激励方式,连续波激励方式可提高换能器的能量转换效率,激励信号频率特性与换能器频率特性相一致时效果最佳;应用线性调频脉冲压缩方法后,空气耦合超声检测的信噪比有了明显提高,检测效果得到了明显改善.     

基于脉冲压缩技术的金属锻件缺陷跑道线圈EMAT检测方法研究

针对电磁超声换能器(EMAT)在高温、大提离、表面粗糙等恶劣环境下对枝晶粗大的铸锻件进行快速、在线检测时,超声回波的信噪比低和空间分辨力差等难题,建立了基于chirp信号激励的跑道线圈EMAT检测过程的有限元模型,采用正交试验表,分析了EMAT设计参数、chirp信号带宽和脉宽等因素对检测回波脉冲压缩后的主瓣峰值和主瓣...     

车轮踏面动态感应热成像缺陷检测方法研究

涡流脉冲热成像是一种新型的无损检测技术,具有检测速度快,灵敏度高,探测范围大的特点。为适应车轮踏面缺陷的动态检测,本文提出了一种适应车轮踏面廓形的矩形磁轭电磁感应激励传感结构。通过传感器结构的磁路模型推导,从理论上证明了传感结构的可行性。通过数值模拟计算分析了踏面表面检测区域的磁场与涡流场分布,并对比了矩形磁轭与直导线的检测结果。在此基础上,本文搭建了一套车轮自动探伤检测系统,能够实现65 mm/s速度下的缺陷动态测量。结果表明,设计的矩形磁轭传感结构可优化感应加热的均匀性,对车轮踏面浅表层疲劳裂纹(轴向表面开口)具有更好的检测结果。     

基于同步压缩变换的临界折射纵波波速精确测量

基于声弹性效应,采用临界折射纵波检测金属材料的残余应力有较为广泛的应用前景。然而临界折射纵波速对应力的声弹性效应较弱,这很大程度上影响了材料应力检测的分辨率。为了提高临界折射纵波波速检测精度,提出一种非线性分解技术(同步压缩变换)对临界折射纵波进行波形变换与重构,精确计算超声到达时刻。以1 060铝板为研究对象,基于有限元仿真软件分析了铝板中临界折射纵波的波形特性,以此为依据调节实验中的超声波信号从而提高实验中临界折射纵波的波形准确性。实验精确测量临界折射纵波在1 060铝板中的传播时间,并计算了铝板中的波速,误差不超过0. 05%。实验结果验证了提出的临界折射纵波波速精确计算方法的有效性。     

提升小波变换在图像压缩中的应用

利用第二代小波变换--提升小波变换,为第一代小波变换提供了一种新的更快速的实现方法,使得其构造不再依赖于Fourier 变换构造,可以实现所有的第一代小波变换,提升方案把此变换过程分为分裂、预测和更新3个阶段.基于提升算法的小波变换是新一代静止图像压缩标准--JPEG 2000的核心算法之一.在研究小波提升方案的基础上,分析了它在JPEG 2000应用,最后将小波提升和Mallat算法进行分析比较,试验证明提升方案的小波变换算法计算时间比Mallat 算法减半.     

基于Red-Black小波变换的多光谱图像融合方法

针对张量积小波在多光谱图像融合中的不足,提出了一种基于Red-Black小波变换的多光谱图像和高空间分辨率全色图像融合方法.首先对多光谱图像进行IHS变换,将得到的亮度分量和高空间分辨率全色图像进行直方图匹配,并分别作多尺度Red-Black小波分解,然后对低频部分采用加权平均、高频部分采用替代的融合算法对分解子图像进行融合,最后对融合后的各级子图像进行Red-Black重构和IHS逆变换得到融合结果图像,采用客观性能指标对融合结果图像进行了评价.实验结果表明,该方法有较好的融合效果,其保持光谱质量和空间分辨率信息的能力比基于IHS变换融合方法、基于DWT的融合方法和基于IHS-DWT的融合方法都强.     

一种小波变换与矢量量化结合的图象压缩编码算法

本文提出了一种新的小波变换与矢量量化相结合的图象压缩编码算法.首先根据小波图象中各子带系数的带间相关性对其进行四叉树分类,然后利用同一子带内高频系数的兄弟相关性采用变换的方法进行系数重排,以产生新的树结构.最后,根据系数的重要性,利用剪枝算法从每棵树中提取一个矢量,进行矢量量化编码.试验证明,在较高压缩比的情况下,使用此方法得到的重构图象质量（视觉效果和峰值信噪比）比通常的小波压缩算法有了较大的提高.     

基于三维整数小波变换的高光谱图像编码方法

高光谱图像是一种数据量很大的三维图像,在存储和传输之前必须对其进行有效的压缩。本文提出了一种基于三维整数小波变换的高光谱图像压缩编码方法,首先利用三维整数小波包变换去除高光谱图像的空间和谱间冗余,然后对变换后的每个子带的小波系数构造子带重要性树,通过子带重要性树的分裂对小波系数进行三维嵌入零块编码,最后为了进一步提高编码性能,把编码输出的二进制符号送入算术编码器并结合高效的上下文模型进行熵编码。对4组场景的AVIRIS高光谱图像进行测试,结果表明该方法的编码性能略优于3DSPIHT和3DSPECK算法,同时该方法还支持高光谱图像从有损到无损的渐进传输。     

基于编码压缩的钢板电磁超声 Lamb 波检测方法研究

针对大型金属板材构件导波检测中EMAT分辨率低、SNR差,难以用于小裂纹检测等难题,建立了基于Barker码脉冲压缩技术的Lamb波EMAT检测过程多物理场有限元模型,以含预制裂纹的5.6 mm厚钢板为检测对象,仿真和实验相结合,研究了永磁体宽度和高度、曲折线圈匝数、Barker码序列长度和码元长度等参数对EMAT检测回波的影响,验证了脉冲压缩技术在Lamb波EMAT检测中的有益效果。结果表明,基于脉冲压缩技术的EMAT经优化后,SNR比传统tone-burst激励方式高出了9.69 dB,可检出10 mm长和0.5 mm深的小裂纹,缺陷波SNR为23.47 dB。当Barker码码元中心频率为1 MHz时,脉冲压缩后的Lamb波包发生模态分离,但A₀模态的缺陷波SNR仍可达35.23 dB,这对提升Lamb波EMAT检测能力具有重要的工程应用价值。     

基于激光超声体波的轨头内部缺陷检测方法研究

激光超声检测技术具有非接触、宽带宽和高分辨率的特点,针对常规超声对钢轨轨头内部核伤微小缺陷不敏感、定位定量检测难的问题,本文基于激光超声体波散射和衍射原理,提出了模态转换反射波和衍射波飞行时间的缺陷定位定量检测计算模型。通过COMSOL仿真建立了超声体波与内部缺陷相互作用的二维有限元模型,分析了钢轨内部缺陷处超声体波波模式转换状态,验证了定位及定量方法的可行性。其次,搭建了固定扫查激光超声实验检测系统,对不同埋藏深度和不同直径的孔缺陷进行B扫实验。实验结果表明,激光超声检测技术能有效的检测钢轨内部微小孔缺陷,基于所提出的计算模型和检测方法,对钢轨内部缺陷检测的定位相对误差在6%之内,定量相对误差在9%之内。     

基于纹理分析的小波变换图像清晰度评价方法研究

验证分析了小波变换在图像清晰度评价上应用的可行性,研究发现基于小波变换的图像清晰度评价函数性能与图像的空间纹理分布有很大的关系,采用图像灰度梯度方向矩阵的纹理分析方法,可以显著提升其性能.由于机加工零件表面纹理的普遍存在,对此类图像进行纹理分析有了实际应用意义.在对图像纹理特征进行统计分析的基础上,本文提出了一种基于纹理分析的图像小波变换清晰度评价方法.经实验验证,此评价函数针对具有纹理特征的目标有优越的性能,具有较高的灵敏度和分辨力（优于2 μm）.     

基于编码压缩的纤维缠绕气瓶贴附式电磁超声检测方法研究

针对电磁超声换能器(EMAT)在纤维缠绕储氢气瓶在线监测中回波信噪比低、洛伦兹力机制失效等问题,提出了基于编码压缩的贴附式电磁超声水平剪切(SH)导波检测方法,通过有限元建模分析了Barker编码序列位数和码元载波周期、chirp信号脉宽和带宽、组合Barker码的组合方式对脉冲压缩信号的信噪比和分辨率的影响,并进行了实验验证,最后开展了纤维缠绕储氢气瓶中长20 mm、宽0.5 mm、深2 mm裂纹检测实验。结果表明,采用金属贴膜方式能有效解决EMAT在非金属材料中难以检测的难题;增加Barker码的序列位数和载波周期、增大chirp脉宽以及减小chirp带宽、增加组合Barker码的序列长度均可以提高脉压信号信噪比;经优化设计后,相较于传统Tone-burst激励方式,脉冲压缩技术可以将缺陷波信噪比至少提高20.4 dB,在不同编码算法中,chirp信号激励下的信噪比最高,达到了23.9 dB,采用3×13位组合Barker码时,脉压信号的主瓣宽度为28.8μs,分辨率最高,但信噪比较低。