[发明专利]基于密集型激光传感器阵列的Lamb波板状结构的缺陷定位方法

摘要

基于密集型激光传感器阵列的Lamb波板状结构的缺陷定位方法，属于激光超声无损检测领域。在金属板结构的中心部位分布多个传感器阵元形成一个n×n的密集型阵列，用来检测整个板结构的缺陷。单个传感器阵元激励剩余的传感器阵元接收，这样共采集组数据。对采集到的数据分别进行连续小波变换来提取特定频率附近的信号。之后对提取到的信号进行频散补偿去除信号的频散现象，有利于对缺陷更加准确的识别。在本发明中分别对信号进行全聚焦成像和符号相干因子成像，并对二者的成像结果进行图像融合，从而对缺陷进行准确的定位。

主权项

1.基于密集型激光传感器阵列的Lamb波板状结构的缺陷定位方法，实现该方法的平台包括脉冲激光器、数字示波器、激光干涉仪、计算机、激光探头、检测样板，激光探头包括激光激励探头和激光接收探头，其特征在于：包括如下步骤，1)实验系统整体搭建，脉冲激光器产生两组信号，一组同步信号直接传输给数字示波器，另一组信号传输给激光激励探头；激光接收探头与激光干涉仪相连接，并且将采集到的数据传输给数字示波器，最后数字示波器的信号储存到计算机中；激光激励探头和激光接收探头布置在检测样板的同侧或异侧；所述检测样板为铝板；2)检测样板上的激励和接收阵元位置分布在其中心位置，形成n×n的密集型阵列，n为传感器阵列的行数；3)由脉冲激光激励探头在阵元1的位置激励出超声波信号，由连续激光探头在阵元2、3……N的位置接收铝板中的回波信号，其中，N＝n2；4)脉冲激光激励探头移动至阵元2的位置，继续激励出超声波信号，同样由连续激光探头在阵元1、3……N的位置接收铝板中的回波信号，并且重复上面的操作依次激励剩余阵元，并利用连续激光接收回波信号，直到共采集到组信号数据结束；激光打在铝板上，由于激光在铝板上产生热弹性机制或烧蚀现象，从而与铝板产生响应即产生Lamb波，Lamb波在铝板中传播，遇到缺陷时Lamb波发生散射和反射，反射回波在铝板的多个方向传播，激光接收探头对于铝板的微弱振动响应有着高的灵敏度，激光接收探头接收到回波并将其储存，这样采集大量的数据后，对数据进行处理，利用采集到的信号对含缺陷铝板进行成像，从而定位出铝板中缺陷的位置，本方法即根据缺陷回波信号进而判断缺陷位置，数据采集及处理具体步骤如下；(1)数据采集激光激励和接收的阵元点布置，阵元的横向间距和纵向间距相等且小于一个波长即d₁＝d₂＜λ，首先激励阵元点i产生Lamb波，i＝1,2……N，Lamb波在铝板上周向进行传播，遇到缺陷则产生反射，之后反射的信号被阵元j接收，共计得到组信号，j＝1,2……N，j≠i；(2)成像算法理论1)连续小波变换：由于激光在铝板中激励出的超声波是一种宽频信号，而宽频信号不利于对缺陷的定位，利用连续小波变换方法提取出特定频率附近的信号，连续小波变换CWT表示为：式中是w的复共轭，w是满足容许条件的母小波函数，a是伸缩因子，b是平移因子，x(t)是时域信号，t为信号在介质中所传播的时间；2)频散补偿：激光接收到的信号在铝板中以离面位移为主，而且在薄的铝板中信号频散现象比较严重，不利于准确定位缺陷的位置，需利用线性映射的方法对采集到的信号进行频散补偿；3)全聚焦成像TFM：对采集到的信号进行全聚焦的幅值成像，采用公式如下：其中N为阵元数量，si,j是阵元i激励阵元j接收到的信号数据，ti,j(x,y)是激励传感器激励的信号波经过检测位置(x,y)到达接收传感器所经过的时间，(x,y)是成像点的坐标；4)符号相干因子成像为了提高成像的对比度和分辨率，引入符号相干因子成像技术，由以下式子得到：其中σ是信号数据的符号bi,j的标准差，其中si,j是信号的数据，ti,j(x,y)是激励传感器激励的信号波经过检测位置(x,y)到达接收传感器所经过的时间，(x,y)是成像点的坐标；符号相干因子成像是基于信号的相位信息进行成像分析，极大地提高成像准确率；5)图像融合，全聚焦成像有着高的对比度但分辨率低，而符号相干因子成像有着高的分辨率和准确度但是其对比度较低，则将两种成像结果进行图像融合则可以极大的改善成像质量。