[发明专利]一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器及检测方法

权利要求书

1.一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器，其特征在于，传感器(8)由多个压电单元(801)构成矩形阵列，排列在柔性衬底(803)上；每个所述压电单元(801)上部覆盖一层阻尼块(802)，所述阻尼块(802)上部及所述压电单元(801)周围填充有吸声材料(804)；所述传感器(8)最外层以柔性保护膜(805)封装；

所有所述压电单元(801)的负电极层引线(806)并联连接至负极总线(808)上，所有所述压电单元(801)的正电极层引线(807)各串联一个逻辑开关(810)和一个延时器(811)后，并联连接至正极总线(809)上，所述正极总线(809)和负极总线(808)分别由正极接口(813)和负极接口(812)引出，与外部设备相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器，其特征在于，每个所述压电单元(801)为长条形，由正电极层(815)、负电极层(814)和压电层(816)组成，所述压电层(816)被正电极层(815)和负电极层(814)呈上下或左右夹持。

3.根据权利要求2所述的一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器，其特征在于，所述压电层(816)为压电陶瓷或压电复合材料，所述正电极层(815)和负电极层(814)为银、或铜、或金、或铂。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器，其特征在于，所述压电单元(801)分为三种类别，分别激发三种不同模式的导波，对不同类型的缺陷敏感程度不一，可实现互补：

种类一，所述压电单元(801)以宽度方向为极化方向(817)，正电极层(815)和负电极层(814)位于与长度方向垂直的左侧面和右侧面，与压电层(816)呈左右夹持；所述压电单元(801)的尺寸满足：长度/厚度≥10，长度/宽度≥2；

种类二，所述压电单元(801)以宽度方向为极化方向(817)，正电极层(815)和负电极层(814)位于与厚度方向垂直的上顶面和下底面，与压电层(816)呈上下夹持；所述压电单元(801)的尺寸满足：长度/厚度≥10，长度/宽度≥2；

种类三，所述压电单元(801)以厚度方向为极化方向(817)，同时正电极层(815)和负电极层(814)位于与厚度方向垂直的上顶面和下底面，与压电层(816)呈上下夹持；所述压电单元(801)的尺寸满足：(长度/厚度)²≥10，(长度/宽度)²≥10。

5.根据权利要求1所述的一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器，其特征在于，所述柔性衬底(803)为声透射系数大的柔性薄膜材料，检测时所述柔性衬底(803)成一定曲率与被检焊缝(2)的上表面紧密粘合。

6.根据权利要求1所述的一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器，其特征在于，所述阻尼块(802)由环氧树脂复合材料制成，与压电单元(801)的声阻抗匹配；所述吸声材料(804)采用柔性吸声填充物。

7.根据权利要求1所述的一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器，其特征在于，所述逻辑开关(810)用于控制所串联压电单元(801)的工作和不工作状态，通过开启和闭合所述逻辑开关(810)实现不同压电阵列检测方式的选择，包括一字形、T字形、矩形阵列，同时适应不同宽度和长度被检焊缝(2)的检测需求。

8.根据权利要求1所述的一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器，其特征在于，所述延时器(811)可调节各压电单元(801)的激励时间差，实现声束的合成与聚焦。

9.一种基于特征导波的焊缝缺陷检测压电阵列式柔性传感器检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，将两个传 感器(8)与板材(1)的被检焊缝(2)的上端面紧密粘合，所述传感器(8)的压电单元(801)的长度方向与被检焊缝(2)的长度方向平行，靠近被检焊缝(2)的端面的传感器作为激励传感器(81)，另一个作为接收传感器(82)，所述激励传感器(81)与接收传感器(82)之间间距大于10cm，所述激励传感器(81)的正极接口(813)连接信号发生器(3)的信号输出端口，所述接收传感器(82)的正极接口(813)连接前置放大器(4)，所述前置放大器(4)连接滤波电路(5)，所述滤波电路(5)连接信号采集通信板卡(6)，所述信号采集通信板卡(6)连接上位机(7)，所述上位机(7)中装有多通道数据处理分析软件，用于分析信号，提取缺陷信息；

步骤2，检测前，首先设置所述激励传感器(81)的逻辑开关(810)，选择压电阵列检测方式，设置激励传感器(81)的延时器(811)，提高声束的一致性；接着设置所述接收传感器(82)的逻辑开关(810)及延时器(811)，使其中一个压电单元(801)工作，作为信号接收点；

步骤3，检测时，打开所述信号发生器(3)，产生汉宁窗调制波作为激励信号给激励传感器(81)，所述激励传感器(81)在被检焊缝(2)中产生导波信号并沿着被检焊缝(2)传播，反射信号被接收传感器(82)接收，经过前置放大器(4)和滤波电路(5)的信号放大、滤波后，由所述信号采集通信板卡(6)进行A/D采集、记录，并输送给上位机(7)，至此第一组数据采集完成；

步骤4，改变所述接收传感器(82)的逻辑开关(810)及延时器(811)，使另一个压电单元(801)工作，作为信号接收点，重复步骤3采集第二组数据；以此类推，采集第N组数据；

步骤5，利用所述上位机(7)中的多通道数据处理分析软件，对多组信号进行分析，提取缺陷信息并生成检测报告；

步骤6，检测完成，整理仪器。