[發明專利]基于密集型激光傳感器陣列的Lamb波板狀結構的缺陷定位方法

有效

• 申請號: 201610028795.6
• 申請日: 2016-01-15
• 公開（公告）號: CN105527345B
• 公開（公告）日: 2018-12-25
• 發明（設計）人: 劉增華;孫坤明;曹麗華;吳斌;何存富
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N21/88
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

1.基于密集型激光傳感器陣列的Lamb波板狀結構的缺陷定位方法，實現該方法的平臺包括脈沖激光器、數字示波器、激光干涉儀、計算機、激光探頭、檢測樣板，激光探頭包括激光激勵探頭和激光接收探頭，其特征在于：包括如下步驟，

1)實驗系統整體搭建，脈沖激光器產生兩組信號，一組同步信號直接傳輸給數字示波器，另一組信號傳輸給激光激勵探頭；激光接收探頭與激光干涉儀相連接，并且將采集到的數據傳輸給數字示波器，最后數字示波器的信號儲存到計算機中；激光激勵探頭和激光接收探頭布置在檢測樣板的同側或異側；所述檢測樣板為鋁板；

2)檢測樣板上的激勵和接收陣元位置分布在其中心位置，形成n×n的密集型陣列，n為傳感器陣列的行數；

3)由脈沖激光激勵探頭在陣元1的位置激勵出超聲波信號，由連續激光探頭在陣元2、3……N的位置接收鋁板中的回波信號，其中，N＝n²；

4)脈沖激光激勵探頭移動至陣元2的位置，繼續激勵出超聲波信號，同樣由連續激光探頭在陣元1、3……N的位置接收鋁板中的回波信號，并且重復上面的操作依次激勵剩余陣元，并利用連續激光接收回波信號，直到共采集到組信號數據結束；

激光打在鋁板上，由于激光在鋁板上產生熱彈性機制或燒蝕現象，從而與鋁板產生響應即產生Lamb波，Lamb波在鋁板中傳播，遇到缺陷時Lamb波發生散射和反射，反射回波在鋁板的多個方向傳播，激光接收探頭對于鋁板的微弱振動響應有著高的靈敏度，激光接收探頭接收到回波并將其儲存，這樣采集大量的數據后，對數據進行處理，利用采集到的信號對含缺陷鋁板進行成像，從而定位出鋁板中缺陷的位置，本方法即根據缺陷回波信號進而判斷缺陷位置，數據采集及處理具體步驟如下；

(1)數據采集

激光激勵和接收的陣元點布置，陣元的橫向間距和縱向間距相等且小于一個波長即d₁＝d₂＜λ，首先激勵陣元點i產生Lamb波，i＝1,2……N，Lamb波在鋁板上周向進行傳播，遇到缺陷則產生反射，之后反射的信號被陣元j接收，共計得到組信號，j＝1,2……N，j≠i；

(2)成像算法理論

1)連續小波變換：由于激光在鋁板中激勵出的超聲波是一種寬頻信號，而寬頻信號不利于對缺陷的定位，利用連續小波變換方法提取出特定頻率附近的信號，連續小波變換CWT表示為：

式中是w的復共軛，w是滿足容許條件的母小波函數，a是伸縮因子，b是平移因子，x(t)是時域信號，t為信號在介質中所傳播的時間；

2)頻散補償：激光接收到的信號在鋁板中以離面位移為主，而且在薄的鋁板中信號頻散現象比較嚴重，不利于準確定位缺陷的位置，需利用線性映射的方法對采集到的信號進行頻散補償；

3)全聚焦成像TFM：對采集到的信號進行全聚焦的幅值成像，采用公式如下：

其中N為陣元數量，s_i,j是陣元i激勵陣元j接收到的信號數據，t_i,j(x,y)是激勵傳感器激勵的信號波經過檢測位置(x,y)到達接收傳感器所經過的時間，(x,y)是成像點的坐標；

4)符號相干因子成像

為了提高成像的對比度和分辨率，引入符號相干因子成像技術，由以下式子得到：

其中σ是信號數據的符號b_i,j的標準差，

其中s_i,j是信號的數據，t_i,j(x,y)是激勵傳感器激勵的信號波經過檢測位置(x,y)到達接收傳感器所經過的時間，(x,y)是成像點的坐標；

符號相干因子成像是基于信號的相位信息進行成像分析，極大地提高成像準確率；

5)圖像融合，全聚焦成像有著高的對比度但分辨率低，而符號相干因子成像有著高的分辨率和準確度但是其對比度較低，則將兩種成像結果進行圖像融合則可以極大的改善成像質量。