[发明专利]一种基于特征导波的对接焊缝缺陷检测系统及检测方法

摘要

本发明公开了一种基于特征导波的对接焊缝缺陷检测系统及检测方法，检测系统由特征导波收发主机、特征导波传感器和上位机组成；特征导波传感器沿着被检焊缝方向平行布置于被检焊缝上端面，特征导波收发主机的传感器信号输入端、输出端分别与特征导波传感器相连，通讯串口与上位机相连，上位机装有数据处理分析软件及数据库。检测方法采用比值模态分析法分离各模态波包，选取特定模态根据脉冲回波法定位缺陷；利用平滑伪Wigner‑Ville时频图提取能量信息，评定缺陷大小；提取波形特征，查询波形对比数据库判断缺陷类型。该系统可实现在役检测，检测效率高、成本低、方便携带，尤其适用于大型设备结构长距离焊缝的快速、高效检测，自动化程度高。

主权项

1.一种基于特征导波的对接焊缝缺陷检测方法，对接焊缝缺陷检测系统由特征导波收发主机(4)、特征导波传感器(3)及上位机(5)组成；所述特征导波传感器(3)沿着被检焊缝(2)方向平行布置于板材(1)的被检焊缝(2)的上端面；所述特征导波收发主机(4)的传感器信号输入端(44)、传感器信号输出端(45)分别与特征导波传感器(3)相连，所述特征导波收发主机(4)的另一个通讯串口(46)与上位机(5)相连，实现焊缝缺陷检测过程中信号的传输；上位机(5)的数据处理分析软件的人机界面采用LabVIEW编程，通过Mathscript节点调用MATLAB算法，实现缺陷信息的提取；所述特征导波收发主机(4)由信号发生器(6)、功率放大器(7)、前置放大器(8)、滤波电路(9)和采集通信板卡(10)组成；所述上位机(5)输入信号调制参数，生成激励信号传输给所述信号发生器(6)，所述信号发生器(6)产生导波激励信号经功率放大器(7)放大后激励所述特征导波传感器(3)，所述特征导波传感器(3)在被检焊缝(2)中激励焊缝特征导波，激励焊缝特征导波沿着被检焊缝(2)传播，遇到缺陷或端面产生回波信号被特征导波传感器(3)接收，特征导波传感器(3)接收的回波信号经前置放大器(8)放大、滤波电路(9)滤去杂波，然后利用采集通信板卡(10)对放大、滤波后的回波信号进行A/D采集、记录，最后将数字信号输入所述上位机(5)，利用上位机(5)的数据处理分析软件及数据库进行数据的处理分析；所述上位机(5)输入信号调制参数，包括波特率、波包对数、DAC单位时间、定时发送时间间隔；所述信号发生器(6)产生导波激励信号的激励方式包括点动激励和定时发送两种；所述功率放大器(7)采用两级放大的形式，第一级采用运算放大器实现，第二级采用对称的推挽放大电路实现，信号放大至50V及以上；所述特征导波传感器(3)可采用压电晶片，也可采用压电薄膜；所述特征导波传感器(3)的工作方式可以为自发自收的单探头方式，可以为收发分开的双探头方式，还可以为一发多收或多发多收的探头阵列组合方式；所述特征导波传感器(3)可利用专用超声耦合剂增加与被检焊缝(2)表面的耦合效果，同时利用特制的探头固定器将特征导波传感器(3)压紧于被检焊缝(2)上；所述特征导波收发主机(4)利用金属盒将信号发生器(6)、功率放大器(7)、前置放大器(8)、滤波电路(9)、采集通信板卡(10)封装在内部；特征导波收发主机(4)面板上设有开/关机按钮(41)、信号激励按钮(42)、信号采集按钮(43)、传感器信号输入端(44)、传感器信号输出端(45)及通讯串口(46)；特征导波收发主机(4)面板的背面设有外接电源线；所述采集通信板卡(10)的采样率在5MHz及以上；其特征在于，包括以下步骤：步骤(1)，绘制接收信号的包络图，提取包络曲线中各波峰的到达时间及对应幅值；步骤(2)，依据群速度比值系数恒定原则，将疑似为来自相同结构的不同模态回波波包进行组合，计算各群速度比值系数；当比值系数接近同一值时，可初步确定为来自相同结构的组合模态，在此基础上，将其它的待分析模态与已分析模态作为一对组合模态进行分析，以此类推，将各种模态所对应的波包进行分离；步骤(3)，依据幅值比值系数恒定原则，对步骤(2)的模态分离结果进行检验，并选取特定模态利用脉冲回波法实现缺陷定位；步骤(4)，通过步骤(2)的模态分离结果绘制平滑伪Wigner‑Ville时频图，根据平滑伪Wigner‑Ville时频图的能量信息对缺陷大小进行评定；步骤(5)，通过步骤(2)的模态分离结果提取波形特征，查询波形对比数据库判断缺陷类型。