[發明專利]基于主動聲發射法的長形金屬結構損傷檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201310016837.0
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103105434A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 洪曉斌;吳斯棟;李年智;劉桂雄
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

技術領域

本發明涉及長形金屬結構損傷檢測領域，尤其涉及一種基于主動聲發射法的長形金屬結構損傷檢測方法及系統。

背景技術

工業環境中的長形金屬結構一般包括金屬管道、鋼鉸線、金屬桿、金屬梁等服役長度較長的工業結構，廣泛應用于港口、礦山、冶金、旅游、建筑等國民經濟主要行業和部門的機械中。近年來，隨著長形金屬結構的復雜性、工作環境的多樣性、檢測方法的局限性以及結構制造工藝的不斷提高，長形金屬結構的損傷檢測變得越來越困難。

長形金屬結構的結構變化加大了損傷檢測的難度，隨著人們對長形金屬結構設計、制造工藝及使用壽命的深入研究，長形金屬結構變得越來越復雜，性能越來越好，制造工藝越來越先進，損傷狀態也表現為多樣性和復雜性，這就影響了結構損傷檢測精度；長形金屬結構的直徑也由過去的單一直徑發展到多種直徑，金屬層也由單層發展到多層，不同直徑類型的結構斷裂對金屬結構破斷拉力的影響不同，所產生的信號也不同，這就給長形金屬結構損傷的定量分析帶來困難；某些在制造時做了預應力處理的長形金屬結構，發生斷裂后斷口不向外翹出，斷口間距縮小，對長形金屬結構斷裂檢測的分辨率提出了更高的要求。

此外，現代化生產也要求更高的長殂金屬結構檢測效率。隨著世界經濟的高速發展，港口、冶金、礦山、建筑、旅游、海洋石油及其它行業的起重搬運設備越來越大型化，金屬結構長度越來越長，直徑越來越大。有長達十幾公里，重達100多噸的金屬結構投入使用，迫切需要高精度、高可靠性、多功能的智能化檢測儀器。因此，建立一種符合長形金屬結構發展趨勢所需的結構損傷檢測方法具有重要的研究意義和前瞻性。

發明內容

為解決上述中存在的問題與缺陷，本發明提供了一種基于主動聲發射法的長形金屬結構損傷檢測方法及系統。所述技術方案如下：

基于主動聲發射法的長形金屬結構損傷檢測方法，包括：

在激勵換能器上加載初始激勵信號；

放大并采集遠端換能器陣列得到的初始結構響應信號；

采用差信號方法將初始結構響應信號與無損結構響應信號相減得到初始損傷散射信號；

對初始損傷散射信號進行時間反演得到時反信號，并將時反信號放大后加載于遠端換能器陣列上；

在近端換能器陣列上采集遠端時反聚焦損傷后的散射信號；

對遠端時反聚焦損傷后的散射信號進行迭代時間反演，最終在近端換能器陣列采集迭代時反聚焦損傷散射信號；

提取迭代時反聚焦的損傷散射波峰值為特征參數進行損傷診斷。

基于主動聲發射法的長形金屬結構損傷檢測系統，包括：信號發生模塊，用于產生初始激勵信號和喚醒信號，并將初始激勵信號經功率放大模塊放大后加載于激勵換能器上；及

同步產生喚醒信號喚醒遠端時反模塊；

近端陣列元收發模塊和遠端陣列遠收發模塊相同，由放大濾波電路和A/D轉換電路構成的采集縱路及D/A轉換電路和信號放大電路構成的加載縱路組成，其中采集縱路負責面向固定換能器陣列元的信號采集，加載縱路負責面向固定換能器陣列元的時反信號加載；

遠端時反模塊，采用差信號方法將初始結構響應信號與無損結構響應信號相減得到初始損傷散射信號，并對該損傷散射信號及以后的近端時反聚焦損傷散射信號進行時間反演得到遠端時反信號；及

用于控制遠端開關控制模塊為采集或加載狀態，通過安裝在長形金屬結構遠端的遠端換能器陣列采集得到長形金屬結構中固定時間長度的初始結構響應信號和近端時反聚焦損傷散射信號，或向遠端換能器陣列加載遠端時反信號；

近端時反模塊，用于控制近端開關控制模塊為采集或加載狀態，采集狀態下通過安裝在長形金屬結構近端的近端換能器陣列采集得到長形金屬結構中固定時間長度的遠端時反聚焦損傷散射信號，對該遠端時反聚焦損傷散射信號進行時間反演得到近端時反信號，并在加載狀態下向近端換能器陣列加載近端時反信號；及

提取迭代時反聚焦的損傷散射波峰值為特征參數進行損傷診斷。

本發明提供的技術方案的有益效果是：

通過應用主動聲發射法進行長形金屬結構損傷檢測，實現了對長形金屬結構損傷的長距離、實時主動監測。

通過應用迭代時間反演技術，實現了對長形金屬結構損傷的聚焦檢測，提高檢測準確性、分辨率。

通過應用差信號方法為迭代時間反演進行損傷散射信號的預提取，實現了迭代時間反演的聚焦增強，減少迭代次數。

利用近端時反模塊上傳到擴展處理模塊的迭代時反損傷散射信號的時域特性可以進一步研究損傷定位成像技術。

附圖說明