[發明專利]一種超聲導波絕對波數曲線快速測量方法

有效

• 申請號: 201910687594.0
• 申請日: 2019-07-29
• 公開（公告）號: CN110455930B
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 蔡建;周智權;汪懿;吳俊鵬;張楊;邢博邯
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N29/44
• 分類號: G01N29/44;G06F17/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

本發明提供了一種超聲導波絕對波數曲線快速測量方法，其包括下列步驟：(1)在板結構中布置超聲導波激勵器和傳感器；(2)測量所選超聲導波模式的相對波數曲線；(3)測量所選超聲導波模式在信號中心頻率處的絕對波數值；(4)求取所選超聲導波模式的絕對波數曲線。本發明無需使用諸如激光測振儀等專用設備掃描測量超聲導波波場數據，而直接利用結構健康監測中采集的一般超聲導波信號，便可準確測得所需頻率范圍內的超聲導波絕對波數曲線，設備要求低，測量效率高，易于現場實施。

技術領域

本發明屬于超聲導波結構健康監測領域，尤其涉及一種超聲導波絕對波數曲線快速測量方法。

背景技術

結構健康監測技術對于預防重大事故的發生、提高系統的安全性，減少經濟損失、降低系統維護費用、保障我國重大工程項目的成功建設具有重要的應用價值和廣闊的應用前景。超聲導波作為存在于薄板類結構中的一種超聲波，如薄板中的Lamb波和管道中縱向和橫向傳播的超聲導波，其傳播距離遠并對結構內部和表面損傷均敏感，所以廣泛應用于結構健康監測中。

在超聲導波結構健康監測領域，波數曲線是表征超聲導波傳播特性的重要參數之一。通過測量波數曲線可以反映超聲導波在結構中的相頻響應特性，一般根據結構材料參數和頻散方程理論數值計算出。然而，實際結構參數很可能未知，或者結構較為復雜，難以求取理論波數曲線。超聲導波的波數曲線測量成為必須解決的實際問題之一。目前一般通過波場測量或窄帶頻譜測量這兩種方法獲取超聲導波的波數曲線，波場測量方法需要利用激光振測儀等專用設備掃描超聲導波在結構中傳播的波場，測量過程比較復雜，且測量條件和設備要求均很高，不便于實際現場應用。窄帶頻譜測量方法直接基于結構健康監測中采集的一般超聲導波信號，測量效率高并易于現場實施，但由于測量算法中的解纏繞相位展開處理，會引入偏差，僅能得到相對波數曲線。

發明內容

發明目的：針對以上問題，本發明提供一種超聲導波絕對波數曲線快速測量方法。該方法在超聲導波相對波數曲線窄帶頻譜快速測量的基礎上，通過求取超聲導波在中心頻率處的絕對波數值以消除相對波數曲線中的偏差值，實現超聲導波絕對波數曲線的快速準確測量。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種超聲導波絕對波數曲線快速測量方法，包括下列步驟：

(1)在板結構中布置超聲導波激勵器和傳感器

在結構中布置用于測量的超聲導波激勵器和傳感器，組成兩個激勵器-傳感器對；

(2)測量所選超聲導波模式的相對波數曲線

利用布置在結構中的其中任意一個超聲導波激勵器-傳感器對，在激勵器上加載中心頻率為ω_c的窄帶激勵信號，基于傳感器獲取的傳感信號測量得到所選超聲導波模式的相對波數曲線K_rel(ω)，其中，ω為角頻率，所選模式可以為對稱模式，即S模式，也可以是反對稱模式，即A模式。

(3)測量所選超聲導波模式在信號中心頻率處的絕對波數值

利用布置在結構中的兩個超聲導波激勵器-傳感器對，在激勵器上加載中心頻率為ω_c的窄帶激勵信號，基于傳感器獲取的傳感信號測量得到所選超聲導波模式在信號中心頻率處的絕對波數值K_abs(ω_c)，其中，ω_c為傳感信號的中心角頻率；

(4)求取所選超聲導波模式的絕對波數曲線

根據測量得到的相對波數曲線K_rel(ω)和中心頻率處的絕對波數值K_abs(ω_c)，求取所選超聲導波模式的絕對波數曲線K_abs(ω)。

優選地，步驟(2)中，對所述計算超聲導波所選模式信號的相對波數曲線，包括以下步驟：