板内缺陷超声导波阵列检测技术.pdf

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1、2013年仪表技术与传感器2013第9期InstrumentTechniqueandSensorNo．9板内缺陷超声导波阵列检测技术刘钊，徐春广，孟凡武，周世圆，李喜朋(北京理工大学机械与车辆学院，北京100081)摘要：为了检测板类构件的缺陷，基于导波在板类构件内传播及其频散特性理论，计算Lamb波的频散曲线，设计了激发Lamb波的斜探头。把多个Lamb波探头布置成圆形阵列，通过搭建的多通道超声数据采集系统对多组信号进行采集，采用椭圆定位算法对板类构件上的人工缺陷进行成像显示，实验表明可有效地辨别出人工缺陷的方向和形状。关键词：多通道系统；Lamb波；椭圆定位成像；板

2、类构件中图分类号：TB55文献标识码：A文章编号：1002—1841(2013)o9—0086—03UltrasonicLambWaveArrayTechniqueforDamageDefectioninPlatesLIUZhao，XUChun—guang，MENGFan—WU，ZHOUShi—yuan，LIXi·peng(SchoolofMechanicalandVehicularEngineering，BeijingInstituteofTechnology，Beijing100081，China)Abstrac~：Todetectthedefectsinthepl

3、ates，basedonthestudyofthemulti—modesandfrequencydispersionofguidedwaveintheplate，thedispersioncurvesweregotbycalculation，andthe~ansdueerswhichcangeneratelambwaveweredesigned．Multi—pietransducerswerelaidoutincircularsensorarray，andmanygroupsofsignalwererapidlycollectedthroughthemulti—chan

4、nelultrasonictestingandimagingsystem．TheexperimentdetectingtheartificialdefectsintheplatebasedoneHipseorientationima—gingtechnique，showsthatthesystemcaneffectivelydistinguishthepositionandorientationofartificialdefectsfromtheimages．Keywords：multi—channelultrasonicsystem；Lambwave；ellipseo

5、rientationimaging；platecomponents0引言超声导波在板类构件检测中得到了大量应用，且由于Lamb波具有传播距离较远、对缺陷的检测灵敏度较高的特点，适用于板类、压力容器的缺陷检测⋯。国内外的许多学者对板内Lamb波的传播特性做了大量研究，利用不同形状的换能器阵列Lamb波成像技术对缺陷做了识别实验～。文中从平板类构件的超声Lamb波激励和传播机理出发，采用圆形多探头阵列的形式，利用椭圆定位算法，对人工构造缺陷进行检测成像显示，实现对板内缺陷的方向和位置的有效检测。1超声Lamb波超声导波是指由于介质边界的存在而产生的波。因为平板边界条件的影响

6、，导波的传播以反射与折射的方式与边界发图1铝板相速度频散曲线生作用，产生横波和纵波间的模态转换，形成与普通超声波特点不同的Lamb波，其主要特征是多模态和频散。平板中Lamb波的传播速度与频率和板厚度相关，由于相长干涉，即便给定入射角0、板厚度d及材料特性，也会产生多种模态J。将材料特性设为常数，通过二分法得到铝板的相速度频散曲线』，如图1所示。再根据群速度与相速度之间的关系，得到群速度频散曲线，如图2所示。Lamb波的激发方法较多，常见的是将纵波通过波形转换得到，即将晶片产生的纵波经固体楔块以某入射角及入射速度入射到板内，按照snell定理，波在板的界面处发生波形转换

7、、反射、折射，形成相长干涉的Lamb波。其具体实现是将纵波换能器安装在带有斜角的有机玻璃楔块上构成铝板的Lamb波激基金项目：国家自然科学基金项目(50975028)图2铝板群速度频散曲线收稿日期：2012—11—14收修改稿13期：2013—06—30第9期刘钊等：板内缺陷超声导波阵列检测技术87励源，如图3所示。探头T1和他的激发中心为椭圆的两个焦点、a为长半轴长绘制椭圆。这样，依次将每个探头作为激励源和接收端进行遍历操作，绘制个椭圆；将绘制椭圆的灰度值按照255／n进行赋值和叠加，这样使得缺陷区域的灰度值大于非缺陷区域的值，从而辨别