[发明专利]基于激光Lamb波频率-波数分析的金属板缺陷定位方法

说明书

本发明公开了基于激光Lamb波频率‑波数分析的金属板缺陷定位方法，属于激光超声无损检测领域。首先，通过激光激励探头在金属板上固定位置激励，激光接收探头过缺陷线扫描接收，获取N组Lamb波数据，得到扫描路径上的时间‑空间波场。其次，对采集到的N组Lamb波数据分别采用连续小波变换的方法提取特定中心频率下的信号，保证缺陷定位结果的可分析性。最后，对提取后的波场信号利用短空二维傅里叶变换的算法进行空间‑频率‑波数成像，根据扫描路径上波数谱的特征实现缺陷的定位。本发明提供了一种完全非接触式的检测方法，在波数域内揭示了Lamb波和缺陷之间的作用规律。

技术领域

本发明提供了一种基于激光Lamb波频率-波数分析的金属板缺陷定位方法，属于激光超声无损检测技术领域。

背景技术

板型结构或类板型结构在航空工业和石油化工领域有着大量的应用，采用无损检测方法对板结构进行检测研究不仅具有极高的科研价值，而且具有重要的经济和社会意义。

用于大型板结构无损检测主要有X射线检测法、涡流检测法、热成像法，超声法等等。这些方法已广泛的用于工业现场实际检测，但是不可避免的存在一些问题。例如X射线具有辐射效应，人体长时间暴露在高强度的射线下会受到较严重的伤害；涡流检测的结果是各变量之间的矢量叠加，需通过各种解调方法才能获取所需的结果，且该技术只能用于导电材料的检测；热成像法只能用于板状结构表面、近表面缺陷的检测。而激光Lamb波检测技术结合了激光超声技术和Lamb波检测技术的优点，对于大型金属板结构的缺陷检测更具明显的优势。(1)激光超声检测技术可实现远距离、非接触检测可应用于高温有毒的特殊场合；(2)激光超声检测技术具有高时空分辨力可采集全波场信息；(3)激光激励Lamb波宽频、多模态可方便实现多模态、多频率数据融合成像。

目前，激光Lamb波缺陷检测技术用于金属板结构缺陷检测的方法主要是基于激光传感器阵列的缺陷检测技术。结合不同激光传感器阵列形式和各类成像算法实现缺陷的定位。由于Lamb波多模态、频散的特点，导致在有限传播空间下缺陷波包在时域内很难被识别出来。采用时频分析方法虽然在时间和频率两个维度上使缺陷信息得以更好地识别，但只能判断缺陷是否存在但无法定位。以椭圆成像算法为例，该方法通过对有、无缺陷信号作差，保留缺陷回波信号实现缺陷定位。但是由于上述原因，有无缺陷信号相减之后直达波信号以及边界反射信号难以完全抵消，幅值甚至远大于缺陷信号，难以得到纯净的缺陷信号。因此，该方法不可避免的存在检测盲区和赝像。基于采用常规的时域、频域或者时频域信号处理方法难以利用激光Lamb波实现缺陷的定位，一些学者根据不同模态的Lamb波具有不同的空间传播特性发展了Lamb波频率-波数域分析的缺陷检测方法。目前该方法采用压电传感器激励，激光测振仪在不同位置线扫描接收多组Lamb波信号，基于频率-波数分析方法实现缺陷的定位。不同中心频率的Lamb波对缺陷的敏感度不同，但是压电激励每次只能激励单一的中心频率，无法方便实现多频率缺陷成像。因此，为了实现真正的非接触检测，充分发挥激光高时间、空间分辨率的优势，采取激光激励，激光密集扫描接收Lamb波信号的激励接收方式，发展了基于激光超声和频率-波数分析方法的金属板缺陷定位方法，用于军工行业广泛使用的大型金属板状结构非接触、快速、全面的无损检测。

发明内容

为实现上述目的，本发明提出了一种基于激光Lamb波频率-波数分析的金属板缺陷定位方法。通过特定频率提取算法，提取宽频激光Lamb波中对缺陷敏感的频段优化缺陷检测的灵敏度和检测效率，发展了一种完全非接触式的缺陷定位方法。