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原文传递一种基于反转路径差信号的板结构兰姆波无参考成像方法

专利名称：	一种基于反转路径差信号的板结构兰姆波无参考成像方法
摘要：	本发明公开了一种基于反转路径差信号的板结构兰姆波无参考成像方法，属于无损检测领域。通过板结构兰姆波稀疏阵列检测系统，采集每个传感器激励其他传感器接收的检测信号，对信号进行滤波和幅值归一化处理，将反转路径下两信号的直达波对齐并做差得到差信号，取原始信号的包络，将差信号除以原始信号包络得到每对相邻传感器的反转路径差信号，对预处理获得的反转路径差信号用于延时叠加成像，便可得到整个板结构的散射声场的空间分布，实现缺陷监测和定位。该方法不再需要健康板的参考信号，通过对反转路径下的接收信号作差，消除了直达波和边界反射回波的对成像的影响。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	北京工业大学
发明人：	焦敬品;李海平;何存富;吴斌
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-12T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-06T00:00:00+0800
申请号：	CN201910507978.X
公开号：	CN110208383A
代理机构：	北京思海天达知识产权代理有限公司
代理人：	沈波
分类号：	G01N29/06(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	100124 北京市朝阳区平乐园100号
主权项：	1.一种基于反转路径差信号的板结构兰姆波无参考成像方法，在无限大各向同性薄板中，两圆形压电传感器用于兰姆波的激励和接收，其中心距离为d0；假设两压电传感器的性能一致，均能周向一致地向空间各方向激励和接收超声波；圆形缺陷的半径为r，位于远场；若考虑缺陷的尺寸效应，则激励传感器发射的多束声波会传播到缺陷处，并在缺陷处产生反射及散射，这些反射波及散射波的一部分又会被接收传感器所接收，考虑到两个传感器接收到的缺陷回波以传感器主声束方向上的散射波为主，1号压电传感器激励、2号压电传感器接收时，传播路径为d1和d2；2号压电传感器激励、3号压电传感器接收时，传播路径为d3和d4，则以其中一个压电传感器作为激励，另外一个压电传感器接收信号的频域表达式简化为：其中X12(ω)和X21(ω)为两压电传感器分别作为激励传感器，另一传感器接收信号的频谱；为位移响应幅值；T(ω)、R(ω)为压电传感器的激励和接收传递函数；k为兰姆波的波数；D(α,ω)为兰姆波与缺陷相互作用后在α方向的散射系数；式中第一项为缺陷散射回波，第二项为直达波，若令则式(1)表示为：将式(2)中两个表达式作差，并称其为反转路径差信号：由式(3)可以看出，反转路径差信号中的直达波被消除了，仅保留下能够反映缺陷状态信息的缺陷散射回波的差；同时观察到，反转激励下缺陷散射回波的差信号与散射系数D和传播距离有关；正是由于这两个因素，造成了反转激励下缺陷散射回波的幅值和相位的不同；在反转路径差信号分析基础上，能够进一步利用稀疏分布在板结构的压电阵列的反转路径差信号对板结构进行兰姆波成像；若稀疏阵列中包含的阵元个数为N，则组成N(N-1)/2个压电传感器对，得到N(N-1)组检测信号sij；其中，下标i、j分别表示激励接收压电传感器的序号，且i≠j；相应地，也能够得到N(N-1)组反转路径差信号Δsij＝sij-sji；利用这些反转路径差信号Δsij得到板中任意点(x,y)处散射声场强度：其中，tij(x,y)为兰姆波由激励压电传感器(坐标为(xi,yi))传播到该点(坐标为(x,y))，再传播到接收压电传感器(坐标为(xj,yj))所用的时间，其表达式为：其中，cg为检测频率下兰姆波传播的群速度；显然，式(4)所示散射场空间分布实现板结构损伤检测及成像；上述成像中通过将反转压电传感器对的激励和接收信号作差，来消除直达波的影响，突出缺陷散射波的效果；其特征在于：该方法是通过以下步骤实现的，步骤一：搭建板结构兰姆波实验系统，系统包括任意函数发生器(1)、电压放大器(2)、示波器(3)、压电传感器(4)和铝板试件(5)；将任意函数发生器(1)输出与电压放大器(2)的输入口连接，电压放大器(2)的输出与压电传感器(4)连接，任意函数发生器(1)的输出与示波器(3)的1通道连接，示波器(3)的2、3、4通道分别于其他压电传感器(4)连接；被测试件选取含缺陷的薄铝板即铝板试件(5)，将N个传感器分别布置在铝板试件(5)中的任意位置，传感器其内部包围面积为监测区域；步骤二：通过函数发生器(1)设置激励信号的频率、周期和电压，用电压放大器(2)对激励信号进行放大；依次控制每一个压电传感器(4)进行激励，示波器(3)的2、3、4通道分别接收其他(N-1)个压电传感器(4)的接收信号；重复接收和保存信号，直至激励完全部的压电传感器(4)，并且其他压电传感器(4)全部接收完毕；N个传感器可以组成N(N-1)/2对传感器，共得到得到N(N-1)组接收信号sij，1
所属类别：	发明专利