[發明專利]一種基于電磁超聲發射換能器的Lamb波模式控制方法

有效

• 申請號: 201310259795.3
• 申請日: 2013-06-26
• 公開（公告）號: CN103308609A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 王淑娟;宮佳鵬;劉博;蔣韜;汪開燦;蘇日亮;陳曉陽
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

技術領域

本發明涉及一種基于電磁超聲發射換能器的Lamb波模式控制方法，屬于電磁學領域。

背景技術

Lamb波沿傳播路徑衰減小、檢測范圍大、靈敏度高，可實現對板材高效率、無盲區檢測，已經成為廣受關注的無損檢測方式之一。采用電磁超聲換能器可方便在板中激發產生Lamb波，與其它類型超聲波不同，Lamb波具有多模式特性，這種特性會對超聲檢測帶來負面影響。若多個模式的Lamb波同時在試件中傳播，使接收到的時域信號存在多個包絡，并且不同模式遇到缺陷或者邊界會發生相互模式轉換，導致接收到的信號十分的復雜以致難以分辨從而導致檢測失敗。對于電磁超聲Lamb波的多模式在無損檢測中的不利影響，目前國內外還未明確地提出Lamb波模式控制方法。

發明內容

本發明目的是為了解決在非接觸型超聲無損檢測的過程中，由于電磁超聲Lamb波的多模式特性導致的回波信號復雜、無法檢測的問題，提供了一種基于電磁超聲發射換能器的Lamb波模式控制方法。

本發明所述一種基于電磁超聲發射換能器的Lamb波模式控制方法，該方法的實現步驟為：

步驟一：根據待測試件的厚度、超聲波在待測試件中的縱波速度和超聲波在待測試件中的橫波速度，獲得Lamb波在待測試件中的群速度曲線和相速度曲線；

步驟二：設置激發脈沖電流頻率為f，脈沖周期數為m；

步驟三：根據脈沖電流的頻率f和待測試件的厚度d，計算得到頻厚積f′，其中f′=f×d；

步驟四：根據步驟三得到的頻厚積f′和步驟一得到的群速度曲線確定待測試件中產生的Lamb波模式，所述Lamb波模式包括A₀到A₃模式和S₀到S₃模式；

步驟五：根據步驟三得到的頻厚積f′和步驟一所得到的相速度曲線，可得到步驟四所確定的待測試件中激發產生的各模式Lamb波的相速度c_p，根據公式計算得到各模式的波長λ_A0、λ_A1…、λ_S0、λ_S1…，定義各模式波長中的最大值為λ_max、最小值為λ_min；

步驟六：采用有限元方法對步驟四所確定的待測試件中激發產生的各模式Lamb波的發射過程進行建模，求解出電磁超聲發射換能器的單根導線在待測試件中產生的各模式Lamb波的振動位移D(x)和振動位移峰值；

步驟七：確定電磁超聲發射換能器曲折線圈的根數n；

步驟八：在第N次條件下，N為初始值為1的正整數；根據步驟七中電磁超聲發射換能器曲折線圈的n根導線之間的間距和步驟六所得出的電磁超聲發射換能器的單根導線各模式Lamb波的振動位移D（x），可由公式計算得到電磁超聲發射換能器曲折線圈產生的各模式振動位移和振動位移峰值；

其中，D_totoal為電磁超聲發射換能器曲折線圈產生的各模式振動位移；

步驟九：判斷l的值是否大于預設值λ_max；如果判斷結果為是，則執行步驟十；如果判斷結果為否，則令N的值加1，并返回步驟八；

步驟十：以步驟六得到的振動位移信號峰值為標準值，對步驟八得到的所有振動位移峰值做歸一化出處理，得到不同線圈間距l與各模式振動位移峰值歸一化值之間的對應關系；從而通過設置發射線圈間距l值控制各模式Lamb波在待測試件中的振動位移峰值；最終完成電磁超聲Lamb波模式控制的目的。

本發明的優點：本發明所述基于電磁超聲發射換能器的Lamb波模式控制方法，通過對電磁超聲發射換能器的不同線圈間距與各模式振動位移峰值之間的對應關系，只需改變發射線圈間距，可有效的控制各模式在板中振動位移峰值，消弱了電磁超聲Lamb波多模式影響，提高了電磁超聲Lamb波的檢測性能。本發明的方法廣泛適用于采用電磁超聲方法對Lamb波模式進行控制。

附圖說明

圖1為本發明的方法流程圖；

圖2為具體實施方式一中步驟六所述的模型示意圖；

圖3為電磁超聲Lamb波發射換能器的曲折線圈的結構示意圖；

圖4為具體實施方案六待測試件1為鋁板的群速度曲線f′-c_g，圖中的曲線為A₀到A₃和S₀到S₃為不同Lamb波模式的群速度曲線；