[发明专利]一种基于频率响应函数的Lamb波相控阵聚焦成像方法

说明书

本发明公开了一种基于频率响应函数的Lamb波相控阵聚焦成像方法，方法中，被测结构表面布置压电传感器阵列，根据全频带响应信号，计算激励阵元、采集阵元构成的激励采集对的频率响应函数，构造频散预补偿信号；将频散预补偿信号与频率响应函数在频域相乘，得到频域预补偿响应信号；根据采集阵元到坐标位置的焦点的距离，对所述频域预补偿响应信号频散后补偿，得到频域频散后补偿信号，直至遍历所有传感器激励采集对，将所述所有传感器激励采集对的时域频散后补偿信号进行叠加，叠加后的信号在聚焦时刻的希尔伯特包络幅值作为焦点损伤程度指示，给所有像素点赋值进行损伤成像，每个像素点的值为对应焦点位置的损伤程度指示值。

技术领域

本发明属于结构监测的技术领域，特别是一种基于频率响应函数的Lamb波相控阵聚焦成像方法。

背景技术

Lamb波是一种在薄板结构当中传播的具有高敏感性和低衰减性的超声导波，因此广泛运用于结构健康监测领域。在飞机叶片和各种板状、壳状结构当中发挥着重要的作用，能够及时预警潜在的结构内部损伤，为财产安全和生命安全提供保障。

然而Lamb波也有多模态和频散的缺点的，这造成了回波能量的弥散，使得缺陷的定位准确度和可识别性降低。Lamb波相控阵聚焦方法是一种将能量聚集到一个点的损伤监测方法，以提高监测点的到达能量来增强有损伤时的反射能量。通常有两种聚焦方式，一是直接激励窄带信号进行聚焦，这是一种频散的聚焦方式；二是通过对激励信号进行预补偿设计，使得Lamb波信号虽以频散方式传播，但是仍能够以窄带形式聚焦到一点，进一步的增强了监测点的反射能量。然而两种方法的缺点都是尤为影响其使用的，第一种方法是一种实施简便的方法，但是对缺陷的定位准确性和敏感性低；第二种方法对缺陷的识别具有高敏感性和高定位准确性，然而由于其监测每一个点都需要设计和激励信号，使得即使一个小区域的检测也得花费大量的时间。

为了解决上述Lamb波相控阵聚焦检测技术的缺点，本发明不仅可以解决Lamb波检测的频散问题，更重要的是能够解决Lamb波相控阵聚焦检测的耗时问题。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于频率响应函数的Lamb波相控阵聚焦成像方法，本发明不仅解决了Lamb波的频散问题，而且极大的提升了Lamb波相控阵聚焦的损伤检测速度，使Lamb波相控阵聚焦的损伤检测方法能够更加方便的运用于实际的工业应用。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种基于频率响应函数的Lamb波相控阵聚焦成像方法包括以下步骤：

S100：于被测结构表面布置压电传感器阵列，压电传感器阵列的阵元P_m(m＝1，...N)依次激励全频带信号f_m(t)，同时其余阵元P_n(n＝1，...N，n≠m)采集所述被测结构的响应信号u_mn(t)，设激励阵元P_m的坐标为(x_m，y_m)，采集阵元P_n的坐标为(y_n，y_n)，下标m和n分别为激励阵元编号标识符和采集阵元编号标识符；

S200：根据所述响应信号u_mn(t)，计算坐标(x_m，y_m)位置的激励阵元P_m、坐标(x_n，y_n)位置的采集阵元P_n构成的激励采集对的频率响应函数H_mn(ω)，其中，ω为角频率，t为时间，其中，激励阵元P_m和采集阵元P_n组成一个激励采集对P_m-P_n，传感器阵列中一个传感器作为激励阵元时，共计有(N一1)个激励采集对，当所有传感器都轮流充当激励阵元时共计有N(N-1)个激励采集对；