详情

原文传递基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法

专利名称：	基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法
摘要：	本发明公开一种基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，先采用脉冲反转法提取损伤响应信号中的和频信号和差频信号，再通过提取的和频信号和差频信号得到非线性散射系数β的方向性模式图，确定Lamb波最大前向散射点和最小后向散射点，垂直于Lamb波最大前向散射点和最小后向散射点连线的方向为微裂纹的方向，从而实现对微裂纹方向的识别。本发明利用混频激发的Lamb波与非线性介质相互作用会产生新的频率分量的特性，通过脉冲反转方法有效提取损伤响应信号中和频和差频有效频率成分，通过研究微裂纹不同方向的Lamb波非线性散射程度，实现对微裂纹方向的识别，有效解决了幅值过小、信号较弱的和频和差频信号不易提取和识别的技术问题。
专利类型：	发明专利
申请人：	南京工业大学
发明人：	李义丰;关立强;万夕里;余辉洋
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T06:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T15:00:00+0805
申请号：	CN202010010459.5
公开号：	CN111157629A
代理机构：	北京思创大成知识产权代理有限公司
代理人：	尹慧晶
分类号：	G01N29/44;G01N29/04;G;G01;G01N;G01N29;G01N29/44;G01N29/04
申请人地址：	211816 江苏省南京市浦口区浦珠南路30号
主权项：	1.一种基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，其特征在于，先采用脉冲反转法提取损伤响应信号中的和频信号和差频信号，再通过提取的和频信号和差频信号得到非线性散射系数β的方向性模式图，确定Lamb波最大前向散射点和最小后向散射点，垂直于Lamb波最大前向散射点和最小后向散射点连线的方向为微裂纹的方向，从而实现对微裂纹方向的识别。 2.根据权利要求1所述的基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，其特征在于，所述的脉冲反转法提取和频信号和差频信号的方法为：将混频信号分别在两个相反相位条件下对板状材料的上下表面对入射Lamb波信号进行激励，产生对应于两个相反相位条件下的两种损伤响应信号，两种损伤响应信号中均包含和频信号、差频信号和基频成分；所述两种损伤响应信号在时域叠加，获得脉冲反转后的重构信号，重构信号消除了基频成分，使响应信号中和频信号分量与差频信号分量的幅度增大一倍，从而实现了对和频信号和差频信号的提取。 3.根据权利要求2所述的基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，其特征在于，所述脉冲反转后的重构信号的频域形式满足下述公式：其中，β为二阶非线性系数，表示为β＝\|A1±A2\|/A1A2；A1，A2分别为两个正弦信号分量；k1和k2分别为Lamb波两个正弦信号分量的波数；x为Lamb波沿着水平方向的传播的距离；j为虚数单位，δ(f+2f1)、δ(f-2f1)为频率f1的二倍频率分量，δ(f+2f2)、δ(f-2f2)为频率f2的二倍频率分量，δ(f+f2-f1)、δ(f-f2+f1)为差频分量，δ(f+f2+f1)、δ(f-f2-f1)为和频分量。 4.根据权利要求2所述的基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，其特征在于，所述混频信号为两种频率的信号，两种频率的信号分别为450kHz和600kHz。 5.根据权利要求2所述的基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，其特征在于，所述对板状材料的上下表面对入射Lamb波信号进行激励的激励方式为同一时刻激发单一S0模态的Lamb波。 6.根据权利要求1所述的基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，其特征在于，步骤具体为： S1、采用混频信号的激励器分别在两个相反相位条件下，对板状材料的上下表面分别对入射Lamb波信号分别进行激励，分别产生对应于两个相反相位条件下的两种损伤响应信号，两种损伤响应信号中均包含和频信号、差频信号和基频成分；另采用多个传感器固定在板状材料的上表面，所述多个传感器形成一个采集信号的圆形传感器网络；所述圆形传感器网络接收上述两种损伤响应信号； S2、上述圆形传感器网络接收到的两种损伤响应信号在时域叠加，获得脉冲反转后的重构信号，重构信号消除了基频成分，使响应信号中和频信号分量与差频信号分量的幅度增大一倍，从而实现了对和频信号和差频信号的提取； S3、由上述提取的和频信号和差频信号计算得到板状材料上裂纹各个方向的Lamb波非线性散射系数β； S4、根据上述计算得到的裂纹各个方向的Lamb波非线性散射系数β绘制裂纹各个方向的Lamb波非线性系数β的方向性模式图，并通过非线性散射系数β的方向性模式图确定Lamb波最大前向散射点和最小后向散射点，垂直于Lamb波最大前向散射点和最小后向散射点连线的方向为微裂纹的方向，从而实现对微裂纹方向的识别。 7.根据权利要求6所述的基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，其特征在于，所述混频信号的激励器分别在两个相反相位条件下，对板状材料的上下表面分别对入射Lamb波信号分别进行激励的具体步骤为：混频信号的激励器先在一个相位条件下，沿着板厚度方向在板状材料的上下表面激发单一S0模态Lamb波信号，得到一种包含和频信号、差频信号和基频成分的损伤响应信号；然后混频信号的激励器在上述相位相反的相位条件下，再次沿着板厚度方向在板状材料的上下表面激发单一S0模态Lamb波信号，得到另一种包含和频信号、差频信号和基频成分的损伤响应信号。 8.根据权利要求6所述的基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，其特征在于，所述的激励器为2个，分别对应于板状材料的上下表面。 9.根据权利要求6所述的基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，其特征在于，所述的传感器至少为4个。 10.根据权利要求6所述的基于Lamb波的非线性混频技术对板中微裂纹方向识别方法，其特征在于，所述的两个相反相位分别为0o相位和180o相位。
所属类别：	发明专利