[发明专利]用于板状结构检测的真时延无频散SH0波相控阵系统

说明书

技术领域

本发明专利涉及一种用于板状结构检测的真时延无频散SH₀波相控阵系统。

背景技术

普通超声检测是单一探头的结构损伤检测方法，得到的是一维信号，在单次测量中不能够直观地成像，而多探头组成的相控阵检测方法可对结构损伤进行检测和成像。超声相控阵损伤检测起源于军事中的相控阵雷达，二者都是基于惠更斯原理实现的：一个发射和接收超声波波束用于损伤检测，一个使用电磁波用于目标追踪。超声相控阵的探头是由一组彼此独立的压电传感器(PZT)单元所组成，每一个单元都能独立地发射和接收超声波，通过各自不同时间延迟的激励信号造成彼此之间发射超声波相位差异，从而使各阵元所发射的波在介质中叠加形成具有方向性聚焦的波阵面和波束用于检测。而在方向性波束遇到损伤之后，其反射回来的波动信号能够被相控阵探头接收到，按照对应的聚焦法则进行延迟处理和叠加，实现相控阵成像。与传统的超声损伤检测技术相比，超声相控阵探头能产生灵活偏转聚焦的波束，实现对被测结构或构件的扫描，检测范围广，检测速度快，可以检测难以接近、常规超声无法检测的区域，实现对复杂结构和构件及盲区位置缺陷的检测。通过对局部晶片单元激励信号的控制，可以实现常规超声无法实现的高速、全方位、多角度的动态聚焦扫描。

相控阵探头线性阵列主要参数如图1所示。其中，N为线性阵列晶片个数，w为单个压电片阵元宽度，l为单个压电片阵元长度，e是阵元间的间距空隙，a为阵元与阵元间中心距，a＝w+e，整个阵列总长度为D＝(N-1)d+w，也称为超声相控阵线性阵列的阵元孔径。

传统超声波相控阵在对板状结构的检测中存在检测范围小，衰减大，效率低下，难以直观将板中损伤成像等问题。而板中导波不同于普通超声波，由于受到板上下边界的限制，板中导波能够传播更远距离而没有明显的信号衰减，十分适合进行长距离复杂结构损伤检测。然而板中Lamb波是频散的，其波速随着试件厚度及信号频率的变换而变化，模态比普通超声波复杂且各种模态耦合,如图2所示。

发明内容

基于以上不足之处，本发明提出一种用于板状结构检测的真时延无频散SH₀波相控阵系统，能够更准确地识别板中损伤位置和形状，同时扩大了损伤检测的范围。

本发明所采用的技术如下：一种用于板状结构检测的真时延无频散SH₀波相控阵系统，包括：控制器，多通道数/模转换器，多晶片SH波相控阵探头，多通道继电器，多通道模/数转换采集卡，成像显示器,

控制器电信号连接多通道数/模转换器，多通道数/模转换器通过多通道继电器电信号连接多晶片SH波相控阵探头；

多晶片SH波相控阵探头通过多通道继电器电信号连接多通道模/数转换采集卡，多通道模/数转换采集卡电信号连接控制器，控制器电信号连接成像显示器；

多通道数/模转换器将不同通道的发射信号转换成模拟电压信号以便驱动多晶片单模态SH₀波相控阵探头；多晶片SH₀波相控阵探头通过逆压电效应将电压信号转换成波动信号在结构中激发出来，同时在接收阶段根据正压电效应将损伤反射回来的波动信号转换成电信号；多通道模/数转换采集卡将不同通道的损伤反射回波的模拟电信号转化成控制器数字信号；多通道继电器在发射阶段将多通道数/模转换器的发射信号连接在多晶片SH₀波相控阵探头上，并在发射阶段结束后，将多晶片SH₀波相控阵探头连接到多通道模/数转换采集卡上，用于采集损伤回波信号；其中所述的多晶片单模态SH₀波相控阵探头包括按一定间隔排成一列的多个d₃₆型压电片；