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原文传递一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法

专利名称：	一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法
摘要：	本发明公开了一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法。为了使柔性传感器激发出具有聚焦效果的信号，首先确定超声导波在焊缝中的传播速度、传感器中压电单元的列间距和每一列中压电单元到焊缝上任意一点的距离，然后计算出压电阵列列与列之间的激励信号的延时时间和移相角度，再测量每一个压电单元的波位移时间响应，最后设计传感器中每一个压电单元的激励信号，使传感器中每一片压电单元产生的信号在焊缝上的任意一点处的波位移时间响应相同，即多信号在某一点聚焦，形成一簇能量高、频散小的聚焦信号。为基于焊缝特征导波柔性传感器的焊缝缺陷检测系统，提供一个有效的激励方式，提高焊缝缺陷检测的精度与稳定性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏大学
发明人：	许桢英;姚滔;孔德祯;王元霞;李璇
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-23T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910432044.4
公开号：	CN110208387A
分类号：	G01N29/22(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	212013 江苏省镇江市京口区学府路301号
主权项：	1.一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据阵列式柔性传感器的设计参数，获得传感器中压电片阵列的列间距Δd；2)计算出导波主模态下信号的传播速度υ；3)获取激励信号的周期T；4)通过步骤1)和2)所得到的压电片阵列的列间距Δd和波速υ计算出传感器中压电片阵列相邻列之间的激励信号的延时时间Δt；5)利用步骤4)中的Δt和步骤3)中的T，计算出压电片阵列中相邻列之间的激励信号的相位差6)测量传感器中第i列各个压电单元到焊缝上任意一点的距离rji；7)根据计算得出的每一路激励信号之间的延时时间和移相角度，设计第i列压电单元的参考激励信号频谱Fi(ω)；8)根据得到的延时时间Δt、相位差和每一列压电单元的参考激励信号频谱Fi(ω)，设计第i列每一个压电片的激励信号频谱Fji(ω)；9)根据获得的波速υ、距离rji和频谱Fji(ω)，计算传感器中每一个压电单元的波位移时间响应Uji(rji，t)；10)将每一路激励信号连接到传感器中相对应的压电单元上，实现对传感器中每个压电片的分别激励。 2.根据权利要求1所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述的柔性传感器内部主要由多个微型压电片按矩形阵列排布构成，压电阵列是j行i列的矩阵面，行间距都相等，列间距亦都相等，j＝1，2，...，M，从上到下逐渐增加，M值根据压电矩阵的大小而定，i＝1，2，...，N，从左到右逐渐增大，N值根据压电矩阵的大小而定。 3.根据权利要求1所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述步骤2)中所确定的导波主模态由传感器的激励方式决定，当传感器为直探头且压电片都以焊缝长度方向为伸缩振动方向时，能激励出SH波，当信号频率较低时，只存在SHw0模态，将预知的焊缝材料的拉梅常数代入具有一定边界条件的波动方程中即可获得导波在焊缝中传播的波速υ；所述步骤3)中的激励信号的周期T是已知的，而且在进行焊缝缺陷检测时，为了便于对缺陷信号进行分析，每一个周期的信号之间间距很长，这样可避免多周期之间信号的互相影响。 4.根据权利要求1所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述步骤4)中的延时时间Δt根据公式计算得出；所述步骤5)中的移相角度是根据公式得到；所述步骤6)中为获得j行i列各个压电单元到焊缝上任意一点的直线距离rji。 5.根据权利要求1所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述的步骤9)中激励信号从第i列任意压电片到焊缝上任意一点处的波位移的时间响应Uij(rji，t)表示为下式：上式参考超声导波传播理论所得，式中rji为j行i列各个压电单元到焊缝上任意一点的距离，由步骤6)获得；A为压电片的激励信号幅值，每一路信号的幅值都相同；Fji(ω)为激励信号的频谱。 6.根据权利要求5所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述的Fji(ω)为第j行第i列压电片的激励信号频谱，在第i列的参考激励信号频谱Fi(ω)的基础上，使式(1.1)式等式左边为定值，当所述的rji随j值的变化而变化时，Fji(ω)也随之变化，保证同列的压电信号到焊缝上的任意一点的时间响应相同。 7.根据权利要求6所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述的Fi(ω)为第i列压电片的参考激励信号频谱，可由Fi(ω)作逆傅里叶变换，即获得参考激励源信号fi(t)，其中ω为信号角频率，所以第i+1列的参考激励信号为其中t′＝t-Δt，其中和Δt分别为步骤4)和步骤5)得到的压电片阵列相邻列之间的激励信号的延时时间和相位差。第i+1列压电片的参考激励信号频谱即为获得所述的每一个压电片的激励信号之后，即可对整个传感器内的压电片实现分别激励，每一路激励信号的相位、激励时间点和频率也都不同，使分布在焊缝上不同位置的压电单元激发出具有聚焦效果的导波信号。 8.根据权利要求7所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，还包括：当压电片阵列的列间距是激励信号的波长n倍时，n为正整数，即列与列之间的激励信号延时为激励信号的n个周期，此时不需要考虑移相的问题；第i列的激励信号在传播2n个周期之后到达第i+2列的压电片位置处，第i+1列的激励信号传播n个周期之后到达第i+2列的压电片位置处，此时第i+2列的激励信号也开始激励，所以三列的激励信号在第i+2列位置处得到叠加，即使第i列和第i+1列的激励信号传播到第i+2列时幅值已经有所衰减，但不影响信号的叠加，同样可获得一簇高能量、频散小且具有聚焦效果的导波信号。
所属类别：	发明专利