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原文传递基于Lamb波成像的列车部件裂纹损伤检测方法和系统

专利名称：	基于Lamb波成像的列车部件裂纹损伤检测方法和系统
摘要：	本发明实施例公开了一种基于Lamb波成像的列车部件裂纹损伤检测方法和系统，其中的方法包括：在待检测列车部件的检测结构上设置蜂窝传感器网络装置，将第二Lamb波响应信号作为损伤信号，将第一Lamb波响应信号作为参考信号，计算与各个响应信号采集点相对应的信号差异系数值SDC值，采用概率成像原理重构裂纹损伤图像，绘制SDC分布图，基于SDC分布图评估出裂纹的长度，并可以对响应信号进行聚焦和时间反转等处理。本发明的方法和系统，能够克服环境噪声、测量误差、时间延迟等因素的影响，对信号的能量计算准确度高，对损伤判断的误判率低，可以减少检测中的“盲区”，使得损伤监测范围更大，并能够提高损伤判别的精准性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏必得科技股份有限公司
发明人：	蔡国强;王坚群;何明
专利状态：	有效
申请日期：	2018-04-17T00:00:00+0800
发布日期：	2019-10-29T00:00:00+0800
申请号：	CN201810351382.0
公开号：	CN110389170A
分类号：	G01N29/04(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	214404 江苏省无锡市江阴市月城镇月翔路27号
主权项：	1.一种基于Lamb波成像的列车部件裂纹损伤检测方法，其特征在于，包括：步骤一：在待检测列车部件的检测结构上设置蜂窝传感器网络装置；其中，所述蜂窝传感器网络装置包括多个压电传感器，每个压电传感器都作为激励信号加载点和/或响应信号采集点；步骤二：在激励信号加载点利用探头以第一时间间隔在健康的检测结构上激发激励信号，在检测结构中产生Lamb波；各个响应信号采集点采集对于此Lamb波的第一Lamb波响应信号；步骤三：获取第一Lamb波响应信号并通过Mindlin板理论建立Lamb波在检测结构的各向异性复合材料层板中随传播角度变化的频散关系，获得Lamb波的理论速度分布，作为基准信息；步骤四：在激励信号加载点利用探头以第二时间间隔在待检测的检测结构上激发激励信号，在检测结构中产生Lamb波；各个响应信号采集点采集对于此Lamb波的第二Lamb波响应信号；步骤五：对第二Lamb波响应信号在时域和频域上进行分析，提取特征信息；将第二Lamb波响应信号作为损伤信号，将第一Lamb波响应信号作为参考信号，基于损伤信号、参考信号以及基准信息、特征信息计算与各个所述响应信号采集点相对应的信号差异系数值SDC值；步骤六，根据获得的SDC值并采用概率成像原理，重构出检测结构中裂纹损伤可能存在的区域；步骤七：基于SDC值判定裂纹方向，校正裂纹方向上的SDC值，用于强化裂纹方向上的重构图像信息，采用概率成像原理重构裂纹损伤图像；绘制SDC分布图，基于SDC分布图评估出裂纹的长度。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，多个压电传感器排列成包括至少一个正六边形的基本检测单元的蜂窝状阵列；每个压电传感器都为蜂窝状阵列中的一个节点，作为激励信号加载点和/或响应信号采集点；所述基本检测单元包括呈正六边形排列的六个压电传感器；所述压电传感器内嵌有微控制器，所述压电传感器作为Lamb波激发信号器和Lamb波信号接收器。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤五中，采用小波变换算法对第二Lamb波响应信号在时域和频域上进行分析，提取特征信息，用于测量出Lamb波在待检测的检测结构中的实际传播的时间和速度。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤五中，以第一Lamb波响应信号作为基信号，将第二Lamb波响应信号与第一Lamb波响应信号相减，得到损伤散射信号；通过聚焦的方法使损伤散射信号能量叠加放大，用以提高损伤散射信号的信噪比，并对损伤散射信号进行时间反转处理。 5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对包含缺陷信息的第二Lamb波响应信号进行时间反转处理，并将处理后的第二Lamb波响应信号作为新的波源加载到激励信号加载点进行发射，用以在待检测的检测结构上激发激励信号，实现Lamb波在缺陷处的二次聚焦，建立幅值聚焦图，用以对损伤位置和区域进行成像识别。 6.一种基于Lamb波成像的列车部件裂纹损伤检测系统，其特征在于，包括：蜂窝传感器网络装置和数据采集处理装置；所述蜂窝传感器网络装置包括多个压电传感器，每个压电传感器都作为激励信号加载点和/或响应信号采集点；在待检测列车部件的检测结构上设置所述蜂窝传感器网络装置；所述数据采集处理装置，包括：第一信号激发模块，用于在激励信号加载点利用探头以第一时间间隔在健康的检测结构上激发激励信号，在检测结构中产生Lamb波，各个响应信号采集点采集对于此Lamb波的第一Lamb波响应信号；基准信息获取模块，用于获取第一Lamb波响应信号并通过Mindlin板理论建立Lamb波在检测结构的各向异性复合材料层板中随传播角度变化的频散关系，获得Lamb波的理论速度分布，作为基准信息；第二信号激发模块，用于在激励信号加载点利用探头以第二时间间隔在待检测的检测结构上激发激励信号，在检测结构中产生Lamb波，各个响应信号采集点采集对于此Lamb波的第二Lamb波响应信号；损伤信息获取模块，用于对第二Lamb波响应信号在时域和频域上进行分析，提取特征信息；将第二Lamb波响应信号作为损伤信号，将第一Lamb波响应信号作为参考信号，基于损伤信号、参考信号以及基准信息、特征信息计算与各个所述响应信号采集点相对应的信号差异系数值SDC值；成像分析模块，用于根据获得的SDC值并采用概率成像原理，重构出检测结构中裂纹损伤可能存在的区域；基于SDC值判定裂纹方向，校正裂纹方向上的SDC值，用于强化裂纹方向上的重构图像信息，采用概率成像原理重构裂纹损伤图像；绘制SDC分布图，基于SDC分布图评估出裂纹的长度。 7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，多个压电传感器排列成包括至少一个正六边形的基本检测单元的蜂窝状阵列；每个压电传感器都为蜂窝状阵列中的一个节点，作为激励信号加载点和/或响应信号采集点；所述基本检测单元包括呈正六边形排列的六个压电传感器；所述压电传感器内嵌有微控制器，所述压电传感器作为Lamb波激发信号器和Lamb波信号接收器。 8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述损伤信息获取模块，用于采用小波变换算法对第二Lamb波响应信号在时域和频域上进行分析，提取特征信息，用于测量出Lamb波在待检测的检测结构中的实际传播的时间和速度。 9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述损伤信息获取模块，用于以第一Lamb波响应信号作为基信号，将第二Lamb波响应信号与第一Lamb波响应信号相减，得到损伤散射信号；通过聚焦的方法使损伤散射信号能量叠加放大，用以提高损伤散射信号的信噪比，并对损伤散射信号进行时间反转处理。 10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第二信号激发模块，用于对包含缺陷信息的第二Lamb波响应信号进行时间反转处理，并将处理后的第二Lamb波响应信号作为新的波源加载到激励信号加载点进行发射，用以在待检测的检测结构上激发激励信号，实现Lamb波在缺陷处的二次聚焦，建立幅值聚焦图，用以对损伤位置和区域进行成像识别。
所属类别：	发明专利