[發明專利]基于Lamb波的損傷圖像化系統

在審

• 申請號: 201710372935.6
• 申請日: 2017-05-24
• 公開（公告）號: CN108267509A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 胡寧;阿拉木斯;吳良科
• 申請（專利權）人: 海寧盛臺材料科技有限公司
• 主分類號: G01N29/14
• 分類號: G01N29/14;G01N29/48
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于Lamb波的快速損傷成像方法和實施該方法的損傷診斷系統。該方法包括激光照射方案及信號處理算法。該損傷診斷系統用脈沖激光裝置用于產生脈沖激光束照射被測物體的探傷區域，并激發超聲波；壓電傳感器緊貼被測物體表面；放大器接收壓電傳感器的電信號進行放大，示波器將電信號轉化為數字信號，再輸入主機，主機接收電信號進行數據處理并繪制損傷診斷圖，顯示器對結果進行顯示，主機用接口總線連接并控制脈沖激光裝置。本發明的優點是：快速識別及定位損傷，并且提供損傷形狀和大小信息。

技術領域

本發明屬于結構損傷診斷領域，針對大量使用薄壁結構的飛機、航空器、高速列車、輪 船等大型結構，利用Lamb波在傳播過程中振幅衰減的性質，實現薄壁結構快速無損檢測及 其損傷的圖像化診斷。

背景技術

目前我國的工業界中，各種老化結構的數量在飛速地增加，為使這些結構物更加安全地運 行并避免能導致重大經濟損失及人員傷亡事故的發生，同時為在降低運行成本的情況下保證 結構物在接近或超設計壽命的情況下的安全工作，應用各種無損檢測手段，對各種老化結構 進行可靠性評價以及維護成為了我國生產及生活中所面臨的重大課題。

目前廣泛使用的各種無損檢查手段包括:超聲波、X射線和熱成像等技術。但這些技術的 檢測周期較長，其檢測的范圍也很小。另外，這些技術的費用以及檢測過程中的人為過失等 原因使得這些技術不能可靠地保障結構的安全性和可靠性。為了克服上述方法的弱點，近年， 許多研究者利用有些特殊種類的超聲波,如蘭姆波沿薄壁“結構面內方向”遠距離傳播的特點， 提出了一些新的結構損傷診斷方法,比如開發超聲波在結構物面內展開方向的時間域內傳播 的可視化技術,便可以非常容易的識別由結構缺陷以及損傷引起的散亂波,從而簡單地確認損 傷的存在。關于超聲波可視化方面的研究,人們已經開發了諸如光彈法和Schlieren法等方法, 但類似這樣的方法只可以實現在透明介質中超聲波傳播的可視化,對一般金屬和復合材料制 造的固體結構不適用。因此這樣的技術只能作為超聲波研究的一種輔助手段,并不能直接應用 于實際結構的損傷檢測。一般而言，由于結構表面的超聲波振幅在10-3mm量級，對不透明 結構，在技術上完成超聲波可視化存在不少困難，目前人們只能借助于價錢昂貴的激光干涉 系統(Laser interferometer system)來完成這一任務。

發明內容

本發明所要解決的技術問題就是提供一種基于Lamb波的快速損傷成像方法，它不僅 能確定損傷的位置，還能快速精確地識別損傷形狀和大小。本發明還提供一種實施該方法 的損傷診斷系統。

本發明的系統10如圖1所示：1激光發射裝置，利用激光照射被檢測物，由于熱彈效應 會使照射點處的粒子產生波動，進而在被檢測物內部產生超聲波。如果被檢測物是薄壁結構， 則產生的超聲波是一種特殊的超聲導波，即Lamb；2被檢測物；3傳感器，接收Lamb波信 號；4前置放大器，可對接收信號進行放大并且濾波去噪等處理；5示波器，將連續的電信號 轉化為數字信號；6電腦，對接收到的所有信號進行圖像化處理。

本發明的原理：Lamb波在被檢測物內部傳播，遇到損傷時將會發射散射，其中一部分波 能被反射，這將導致透過波的振幅減小。利用Lamb波在傳播路徑上存在損傷或不存在損傷 時其透過波的振幅不同的特性，編制一種算法實現檢測區域內損傷的圖像化診斷。

本發明所要解決的技術問題是通過這樣的技術方案實現的，它包括以下步驟：

1、在一塊不含損傷的區域內，如圖2所示，固定壓電傳感器(藍色圓圈)的位置，激光沿著 圖中水平線，每隔一定距離照射一次被檢測物，則壓電傳感器將接收到經過不同傳播距離的 Lamb波信號，如照射m次，則將有m組信號，將其存儲在主機上。

2、確定檢測區域并把其取為正方形，如圖3所示；各邊依次命名為A1，A2，B1，B2，每條 邊等間距分為n段，檢測區域也被分為n×n個正方形網格；