基于十字形阵列和2D-MUSIC算法的Lamb波检测

采用由压电传感器组成的十字形阵列进行Lamb波信号的激励和接收,提出一种二维多重信号分类（2D-MUSIC）方法对铝板中的缺陷进行定位检测。选用合适的频率激励产生单一模态信号,可避免多模态的影响,降低Lamb波的频散;利用2D-MUSIC算法对接收信号进行分段处理,并结合反射信号和二维导向矢量对铝板中的缺陷进行定位。结果表明,提出的2D-MUSIC算法对铝板中的缺陷定位比传统MUSIC算法更精准。     

利用Lamb波检测垢层厚度的数值分析

针对锅炉垢层厚度检测的问题,提出一种通过Lamb波的频散特性检测垢层厚度的方法。首先,建立Lamb波在铝板-垢层双层弹性结构中的波动模型,利用半解析有限元法求解Lamb波的特征方程,绘制Lamb波的频散曲线。其次,建立铝板-垢层二维电磁超声仿真模型,通过电磁超声换能器在铝板中激发S0模态的Lamb波,得到不同采集点下的波形曲线。最后,通过对频散曲线和波形曲线的分析得知,随着垢层厚度的增加,低频S0模态Lamb波群速度变慢,高频S0模态Lamb波群速度变快,信号波群的幅值减小。结果表明,可利用S0模态Lamb波群速度变化及幅值变化进行锅炉垢层厚度检测。     

基于空间-频率-波数法的梁中分层缺陷定量检测

为了描述梁中Lamb波的传播特性并对梁中的分层缺陷进行定量检测,以铝梁为研究对象,分别从有限元仿真和试验两方面进行研究。采用基于Matlab和ABAQUS相结合的方法,构建含分层缺陷的铝梁三维有限元仿真模型。通过提取覆盖缺陷的矩形区域接收点的时域信号,对铝梁中Lamb波与分层缺陷的作用规律进行分析。讨论对称边界和自由边界两种条件下,波场幅值分布的一致性与差异性,并得到了入射波幅值在梁宽度方向上的变化规律。同时,搭建EMAT/激光检测系统对有限元仿真结果进行验证,发现二者具有良好的一致性。针对接收波形中复杂的时域信息,采用空间-频率-波数法对铝梁中的分层缺陷进行定位和定量评估。研究结果表明,从仿真和试验分析,采用空间-频率-波数法对铝梁中分层缺陷的测量误差均在6%左右。     

利用Lamb波的铝板损伤识别实验研究

由于各种外界以及内在因素,薄板结构在使用过程中会随着时间的积累发生各种类型的损伤。如何准确的找出薄板中损伤存在的位置以及判断薄板损伤的类型是个重要的课题。以纯铝板作为实验对象,以压电陶瓷作为Lamb波的发射端与接收端,采用同步触发装置以及小波变换法确定信号到达接收端PZT的时间,通过Lamb波的频散曲线来确定Lamb波的群速度,然后对采集到的信号进行小波变换滤波处理,通过健康状态、凹槽损伤状态、圆孔损伤状态响应信号时域图的对比分析来判断出薄板的损伤模式。实验结果表明应用Lamb波的主动检测技术能够有效的监测出铝板的损伤状态。     

二维傅立叶变换在Lamb波模式识别研究中的应用

用二维傅立叶变换对实验测定的Lamb波信号进行分析。该方法是在波的传播路径方向上,对一系列等间距位置接收到的时间信号进行二维傅立叶变换。给出了各向同性和各向异性媒质中传播的Lamb波频散曲线的数值和实验结果。研究表明,二维傅立叶变换能有效地识别Lamb波模式。     

基于空气耦合兰姆波的铝板缺陷检测

针对铝板中的缺陷,采用空耦超声法对铝板进行检测。以特定入射角、接收角在薄板中激励兰姆波,对接收信号进行二维傅里叶变换以识别信号模态。对薄板中存在的缺陷,利用缺陷反射信号进行B扫成像,结果显示,低阶兰姆波模态均可有效识别出铝板中的缺陷,但A0模态比S0模态更适合应用于空耦的检测。     

基于频率-波数的频域合成孔径导波成像研究

为实现管道中缺陷位置与尺寸的准确预测,在爆炸反射成像原理的基础上,提出了一种基于频率-波数的频域合成孔径导波成像算法。通过磁致伸缩方式在管道中激励出T(0,1)模态导波,对采集到的回波信号做二维傅里叶变换并进行角谱运算对频域内声场进行重构。最后,对其进行反傅里叶变换后实现目标区域内的聚焦成像。通过实验验证成像结果,同时与原始B扫结果进行了对比。结果表明,所提算法有效抑制了旁瓣效应产生,使成像分辨率提高了约30%,定量误差缩减了26.1%;同时研究表明在缺陷轴向位置、深度及倾斜角度发生改变时,利用该算法实现缺陷图像重构后,其检测准确度只受缺陷周向范围的绝对尺寸影响,对周向表面缺陷检测具体较高的灵敏度。     

考虑波形修正的Lamb波时间-距离域映射方法

针对传统时间-距离域变换方法容易使频散补偿后的Lamb波信号波形发生畸变的问题,提出一种考虑波形修正的时间-距离域映射(TDDM)方法并用于Lamb波高分辨率多损伤成像中.首先分析了Lamb波频散特性对传感信号的影响,然后研究了TDDM方法的频散补偿原理,并对TDDM的实现进行了讨论,在讨论中给出了时间-距离域变换方法扰乱信号波形的原因.提出了基于TDDM的Lamb波高分辨率多损伤成像方法.并通过实验证明了所提方法的有效性.     

基于二维DFT的钢丝绳局部缺陷检测方法

漏磁检测方法广泛应用于钢丝绳无损检测场景中,但受检测环境和绳股结构影响,往往难以直接从漏磁信号中提取缺陷特征。文中提出一种基于二维离散傅里叶变换的局部缺陷检测方法,利用环形霍尔传感器阵列采集钢丝绳的径向漏磁场,采用通道均衡及通道插值方法将漏磁信号转换为二维漏磁图像进行处理。对漏磁图像进行二维离散傅里叶变换（Two-dimensional Discrete Fourier Transform, 2D-DFT）,并采用2D-DFT分析其频域特征,通过设置滤波器抑制漏磁图像中的股波及其他低频噪声信号。最后设置阈值获取二值化图像,提升局部缺陷的对比度,提取损伤特征并定位损伤位置。与基于一维离散傅里叶变换及基于斜向重采样的处理方法的对比结果表明,该方法更能有效抑制漏磁图像中的股波噪声,提升处理速度,识别钢丝绳局部损伤位置,为钢丝绳的局部缺陷检测提供了一种新的解决途径。     

基于激光激励技术的结构损伤成像

采用了一种新型的损伤检测技术,利用激光脉冲在板类结构中产生热弹效应,激发出板中的导波（Lamb波）。通过分析Lamb波的传播状态与损伤之间的关系,并利用Morlet复数小波变换和频散补偿能量聚焦的方法,从两个不同的角度分析信号并提取信号特征,实现了对平板结构的快速、大面积检测。实验结果表明,该系统具有较高的测量精度,能较好地检测结构缺陷。     

基于连续小波变换的厚壁管道周向导波扫描成像试验研究

采用周向导波用于厚壁管道中的缺陷扫描检测。基于连续小波变换提取特定频率下小波系数包络信号用于厚壁管道缺陷成像。试验中斜探头以步长为2 mm轴向扫描检测轴向缺陷,得到斜探头晶片覆盖轴向缺陷不同程度时的检测信号。截取包含缺陷回波和周向回波的信号并得到频率点500 kHz的小波变换系数包络信号,与频散曲线对比分析得到检测信号主要为周向类Lamb波模态CL3。进一步利用不同扫描点处检测信号的连续小波变换系数包络信号并进行幅值包络成像。利用该幅值包络成像重构得到轴向缺陷并有效确定该缺陷的长度。基于连续小波变换得到的特定频率点处幅值包络信噪比较好,且成像结果具有较高的聚焦性。因此,利用基于连续小波变换的幅值包络成像方法可提高检测信号识别以及缺陷识别能力。     

基于电流波数扫描的透镜三维轮廓信息测量

为了高精度测量透镜表面的三维轮廓信息,采用半导体激光器波数扫描的方法,通过控制激光的输出电流来控制激光的线性输出并扩大线性区,从而提高测量精度。对激光波数扫描系统进行了理论分析并建立了测量系统进行实验验证。在迈克尔逊干涉系统的基础上进行改进,在参考端引入1个参考光楔,通过2-D傅里叶变换可以在线监测输出波数变化,对干涉序列图像进行随机采样傅里叶变换,从而还原透镜表面三维轮廓。实验结果表明测量精度可达到20 nm。     

基于超声波的激光熔覆零件缺陷类型分析方法

采用有限元方法模拟了Fe314激光熔覆层中常见缺陷的散射声场,明确了超声波声场与不同类型缺陷相互作用的规律。模拟结果表明:检测方法相同时不同类型缺陷的散射声场明显不同,即缺陷散射声场中反射波、折射波、模式转换波的类型、能量强弱、传播方向等均有差别,但探头接收到的缺陷A扫描信号波形很相似。基于有限元模拟结果,以纵波入射角度和缺陷A扫描信号傅里叶分析结果为主要因素区分缺陷的类型。通过分析不同入射角度下缺陷A扫描信号的傅里叶分析结果,提出激光熔覆层常见缺陷类型判定方法——缺陷A扫描信号动态傅里叶分析法,并通过实验验证了该方法的有效性。     

空气耦合Lamb波在单晶硅中的传播特性和缺陷检测研究

单晶硅是制造硅太阳能电池的主要材料之一,但其中的各类缺陷对其光电转换效率影响颇大。针对这些问题,采用空气耦合Lamb波检测方法对单晶硅产品的质量进行快速评价。理论计算Lamb波在各向异性的单晶硅中的频散曲线,得到Lamb波在不同方向上的理论速度分布;利用空气耦合超声传感器在(001)晶面的单晶硅中激励出A0模态的Lamb波,研究200 k Hz频率下Lamb波的入射角度与信号幅值的关系,确定最优入射角度为13°。采用相位谱的方法计算A0模态的相速度,试验结果与理论值吻合良好。利用波包幅值法和相关函数法分别计算A0模态的群速度,结果说明相关函数法测得的群速度与理论值误差更小;采用扫描方法对单晶硅进行缺陷检测,通过计算接收信号与参考信号的相关系数,确定出缺陷的位置和大小。     

基于相对测量波数的线性频散信号构建方法

Lamb波损伤成像是结构健康监测领域的研究热点之一,然而由于Lamb波的频散特性,当传播距离增大时,Lamb波包很容易发生扩展和变形,从而严重影响成像结果的分辨率,因此,频散补偿是Lamb波损伤成像中急需解决的一个重要问题.本文针对传统频散补偿方法需要结构材料参数计算理论波数的局限性,提出了一种可利用较容易测得的相对波数的线性频散信号构建(LD-SC)方法.首先研究了LD-SC方法的原理和实现途径,给出了相对波数的测量过程并从理论上证明了基于相对测量波数的LD-SC可行性,然后在材料参数未知的玻璃纤维复合材料板中进行了验证实验,结果表明基于现场测得相对波数的LD-SC方法可有效消除Lamb波的频散效应,从而提高多损伤成像分辨率.     

复合板缺陷的空耦Lamb波扫描仿真与成像研究

针对当前空耦Lamb波缺陷检测的不足,通过有限元仿真与实验验证的方法,对多种复合板缺陷类型的空耦Lamb波扫描成像进行了研究。首先,利用ABAQUS建立了Lamb波在复合板内的三维传播模型,基于该模型研究了空耦Lamb波在不同类型复合板缺陷扫描检测下的衰减特性,仿真结果表明,根据Lamb波扫描信号可以识别出缺陷在扫描方向上的位置与尺寸;然后,基于仿真结果制定了空耦Lamb波扫描实验方案,搭建了扫描实验系统,从两个相互正交的方向对复合板进行扫描检测,通过比较仿真和实验结果,验证了有限元模型的正确性;最后,根据概率损伤算法得到了扫描区域内的缺陷图像,成像结果表明,基于扫描检测的空耦Lamb波缺陷成像方法可以有效识别出多种复合板缺陷的尺寸、形状和损伤程度。     

液层负载作用下薄板中腐蚀的Lamb波检测

针对液层负载作用下薄板结构中的损伤检测,建立液层负载作用时薄板中Lamb波的传播理论模型.通过傅里叶变换和拉普拉斯变换求解外力作用时板中的响应,并得到板中Lamb波传播的特征方程,绘制不同厚度液层的频散曲线.利用有限元模拟液层负载作用时薄板中Lamb波与腐蚀坑的相互作用过程.研究结果表明,薄板开始有液层负载作用时Lamb波相速度与群速度变化较大,随着液层厚度逐渐增加,频散曲线逐渐趋近于某一曲线.Lamb 波与腐蚀坑相互作用时发生波型转换,在腐蚀初始阶段反射波和透射波的强度变化缓慢,当腐蚀坑超过一定深度后,反射波中各模式以及透射波强度变化加剧.     

基于 Lamb 波的数据传输与缺陷检测同步实现方法

在结构健康监测领域,超声导波相对于体波具有传输距离远、覆盖范围大、检测成本低的优点。提出了一种基于Lamb波的数据传输与缺陷检测同步实现方法,实现了超声系统的多功能复用。通过理论仿真与扫频实验验证了Lamb波模态调制理论,使用压电晶片主动传感器在铝板上以500 kHz的中心频率激发出S₀模态Lamb波进行数据传输和缺陷检测。针对Lamb波边界反射引起的码间串扰问题,采用移不变稀疏编码方法进行信息恢复,在具有反射边界的铝板上成功实现100 kbps的信息传输速率,并且误码率为0。同时,利用移不变稀疏编码中的原子信号进行结构缺陷检测,根据合成孔径聚焦技术实现了缺陷的准确定位,定位误差小于0.2%。     

一种新的漏磁探伤缺陷识别方法的研究

根据钢管漏磁检测中各种缺陷信号是典型的非稳态信号这一特点,提出以时-频分析作为信号处理手段,实现各种缺陷的识别,并对实测信号的频谱分析与短时傅里叶(STFT)变换及Wigner分布进行了对比,结果表明,该方法可将有关缺陷的信息尽可能多地提取出来.     

方向性损伤的Lamb波压电线阵扫描成像与评估

对方向性损伤的Lamb波定量监测与评估方法进行了研究,采用了线性压电阵列布置方法,基于传感阵列各阵元捕获到的Lamb波损伤散射信号之间的相位情况,扫描方向性损伤反射信号的相位延迟信息,实现损伤和方向中心位置的判定。根据判定损伤方向,通过线阵旋转处理,研究改进了时间反转损伤成像评估方法,实现对方向性损伤的成像和评估。在铝板结构上的实验研究表明,该方法可以实现对损伤方位和尺寸的定量评估,较现有成像方法具有更好的抗干扰性和准确性。