CN110208387A - 一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法 - Google Patents

一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110208387A
CN110208387A CN201910432044.4A CN201910432044A CN110208387A CN 110208387 A CN110208387 A CN 110208387A CN 201910432044 A CN201910432044 A CN 201910432044A CN 110208387 A CN110208387 A CN 110208387A
Authority
CN
China
Prior art keywords
column
signal
weld seam
piezoelectric
pumping signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910432044.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110208387B (zh
Inventor
许桢英
姚滔
孔德祯
王元霞
李璇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201910432044.4A priority Critical patent/CN110208387B/zh
Publication of CN110208387A publication Critical patent/CN110208387A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110208387B publication Critical patent/CN110208387B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/04—Analysing solids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
    • G01N29/22—Details, e.g. general constructional or apparatus details
    • G01N29/221—Arrangements for directing or focusing the acoustical waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/02—Indexing codes associated with the analysed material
    • G01N2291/028—Material parameters
    • G01N2291/0289—Internal structure, e.g. defects, grain size, texture
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/263—Surfaces
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2291/00—Indexing codes associated with group G01N29/00
    • G01N2291/26—Scanned objects
    • G01N2291/267—Welds
    • G01N2291/2675—Seam, butt welding

Abstract

本发明公开了一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法。为了使柔性传感器激发出具有聚焦效果的信号，首先确定超声导波在焊缝中的传播速度、传感器中压电单元的列间距和每一列中压电单元到焊缝上任意一点的距离，然后计算出压电阵列列与列之间的激励信号的延时时间和移相角度，再测量每一个压电单元的波位移时间响应，最后设计传感器中每一个压电单元的激励信号，使传感器中每一片压电单元产生的信号在焊缝上的任意一点处的波位移时间响应相同，即多信号在某一点聚焦，形成一簇能量高、频散小的聚焦信号。为基于焊缝特征导波柔性传感器的焊缝缺陷检测系统，提供一个有效的激励方式，提高焊缝缺陷检测的精度与稳定性。

Description

一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法
技术领域
本发明涉及无损检测领域，具体涉及一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法。
背景技术
焊接结构在生活当中应用非常广泛，尤其在工业领域中，具有着举足轻重的作用。现代工业中的大型结构件非常依赖于焊接结构，如果焊接结构的质量不过关，可能会导致严重的后果。由此可见，很有必要对具有焊接结构的大型构件进行焊缝缺陷检测。
近年来，针对于焊缝缺陷检测，发展出了一种新的检测方法，即超声导波检测法。超声导波检测技术是利用超声波原理，将激励传感器激励出的超声波入射到目标中，超声波在目标物形成的波导中不断反射和散射，使超声波沿着波导传播，然后再通过接收传感器接收传播的信号，即可检测和表征被测工件的缺陷、几何性质、组织结构和机械力学性能等。此方法弥补了传统检测方法检测效率低的不足，并且能通过一次扫描即可检测到被检工件表面和内部的缺陷。导波传播的距离远，能够检测很大的工件，而且检测的速度快、效率高，因此超声导波检测技术应用前景广阔。
虽然超声导波技术在焊缝缺陷检测领域已经展开了一定的进展，也产生了相关的传感器和检测系统，但是由于实际焊缝结构的不规则性，导致传统的导波焊缝检测传感器与焊缝之间仅为线接触，甚至是点接触，大大减小了发射能量，不利于长距离焊缝的检测。而柔性传感器可以增大与焊缝之间的接触面，增大激发能量与敏感度，并优化了检测精度。所以在本发明中，传感器采用的是近似柔性的压电陶瓷类阵列式传感器，所以要考虑每一个单位传感器的激发状态。在设计焊缝缺陷检测系统时，要考虑激励信号与阵列式传感器之间的延时与相位的分配关系，并且涉及到信号主模态的选取与旁模态的抑制等问题。
对于导波信号聚焦问题，很多学者已经取得了一些相关的进展。例如有人在多层铝板中在获得频散曲线的基础上利用普通的阵列式传感器达到了信号的聚焦，利用频率不同的激励信号对传感器阵列中的每一个单元进行激励，使多信号在多层铝板上的某一点聚焦。但此方法只适用于传感器为线性阵列时，即单排传感器布置，并非面阵传感器阵列，并不能达到阵列式传感器的作用最大化，且只适用于平整的整个板材的检测中，不适用于焊缝的缺陷检测。
另一种方法是在各项异性的复合板中，使用由布置成矩形网格状的阵列信号接收单元组成的传感器作为信号接收传感器，利用信号延时与叠加原理，使众多信号接收单元按一定的延时时间和移相角度分别接收板中信号，然后在将每一路的信号叠加成一个总的信号，达到信号聚焦的效果。但是此方法只适用于对整个板进行检测，不适用于焊缝的缺陷检测。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，解决了只适用于整个板面检测的信号聚焦方法，和传统焊缝缺陷检测技术激励信号传输效率差、能量低，信号杂乱，模态多的问题。
一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，包括11个步骤：(1) 根据阵列式传感器的设计参数，得知传感器中压电片阵列的列间距Δd；(2)计算出导波主模态下信号的传播速度υ；(3)获取激励信号的周期T；(4)计算出传感器中压电片阵列相邻列之间的激励信号的延时时间Δt；(5)计算出压电片阵列中相邻列之间的激励信号的相位差(6)测得传感器中第i列各个压电单元到焊缝上任意一点的距离rji；(7)设计第i列压电单元的参考激励信号频谱Fi(ω)；(8)设计第i列每一个压电片的激励信号频谱Fji(ω)；(9)计算传感器中每一个压电单元的波位移时间响应Uji(rji,t)；(10)根据每一路的激励信号对传感器进行分别激励。
通过步骤(1)和(2)所得到的压电片阵列的列间距Δd和波速υ计算出步骤(4)中的延时时间Δt；利用步骤(4)中的Δt和步骤(3)中的T计算出步骤(5)中压电片阵列中相邻列之间的激励信号的相位差根据计算得出的每一路激励信号之间的延时时间和移相角度，分别设计步骤(7)中每一列压电单元的参考激励信号频谱Fi(ω)；根据得到的延时时间Δt、相位差和每一列压电单元的参考激励信号频谱Fi(ω)，获得步骤(8)中同一列中每一个压电片的激励信号频谱Fij(ω)；根据获得的波速υ、距离rji和频谱Fij(ω)，得出步骤(9)中每个压电片在焊缝上任意一点处的波位移的时间响应Uj(rji,t)；将每一路激励信号连接到传感器中相对应的压电单元上，即可实现对传感器中每个压电片的分别激励，即实现基于焊缝特征导波柔性阵列式传感器的多信号聚焦。
进一步，柔性传感器内部主要由很多微型压电片按矩形阵列排布构成，压电阵列是j行i列的矩阵面，行间距都相等，列间距亦都相等，j＝1，2，…，M，从上到下逐渐增加，M值根据压电矩阵的大小而定，i＝1，2，…，N，从左到右逐渐增大，N值根据压电矩阵的大小而定。
进一步，步骤(1)中所获得的压电片阵列的列间距Δd是由传感器的设计参数决定的，用于确定压电单元相邻列之间的延时时间和移相角度；步骤(2)中所确定的导波主模态是由传感器的激励方式决定的，当传感器为直探头且压电片都以焊缝长度方向为伸缩振动方向时，能激励出sh波，当信号频率较低时，只存在SH0模态，将预知的焊缝材料的拉梅常数代入具有一定边界条件的波动方程中即可获得导波在焊缝中传播的波速υ；步骤(3)中的激励信号的周期T是已知的，而且在进行焊缝缺陷检测时，为了便于对缺陷信号进行分析，每一个周期的信号之间间距很长，这样可避免多周期之间信号的互相影响。
进一步，步骤(4)中的延时时间Δt是由步骤(1)和(2)所得到的压电片间距Δd和波速υ，再根据公式计算得出；步骤(5)中的移相角度是在得知步骤(3)的周期T和步骤(4)的延时时间Δt的基础上，再根据公式得到；步骤(6)中为获得j行i列各个压电单元到焊缝上任意一点的直线距离rji。
进一步，步骤(8)中激励信号从第i列任意压电片到焊缝上任意一点P处的波位移的时间响应Uj(rji,t)表示为下式：
上式参考超声导波传播理论所得，式中rji为j行i列各个压电单元到焊缝上任意一点的距离，由步骤(6)获得；A为压电片的激励信号幅值，每一路信号的幅值都相同；Fji(ω)为激励信号的频谱。
进一步，步骤(9)所述的Fji(ω)为第j行第i列压电片的激励信号频谱，在第i行的参考激励信号频谱Fi(ω)的基础上，使(1.1)式等式左边为定值，当所述的rji随j值的变化而变化时，Fji(ω)也随之变化，保证同列的压电信号到焊缝上的任意一点的时间响应相同。
进一步，步骤(7)所述的Fi(ω)为第i列压电片的参考激励信号频谱，可由 Fi(ω)作逆傅里叶变换，即
获得参考激励源信号fi(t)，其中ω为信号角频率，所以第i+1列的参考激励信号为
其中t′＝t-Δt，其中和Δt分别为步骤(4)和步骤(5)得到的压电片阵列相邻列之间的激励信号的延时时间和相位差。第i+1 列压电片的参考激励信号频谱即为
获得所述的每一个压电片的激励信号之后，即可对整个传感器内的压电片实现分别激励，每一路激励信号的相位、激励时间点和频率也都不同，使分布在焊缝上不同位置的压电单元激发出具有聚焦效果的导波信号。
进一步，当压电片阵列的列间距是激励信号的波长n倍时，n为正整数，即列与列之间的激励信号延时为激励信号的n个周期，此时不需要考虑移相的问题。第i列的激励信号在传播2n个周期之后到达第i+2列的压电片位置处，第i+1列的激励信号传播n个周期之后到达第i+2列的压电片位置处，此时第i+2列的激励信号也开始激励，所以三列的激励信号在第i+2列位置处得到叠加，即使第i 列和第i+1列的激励信号传播到第i+2列时幅值已经有所衰减，但不影响信号的叠加，同样可获得一簇高能量、频散小且具有聚焦效果的导波信号。
本发明的有益效果是：
(1)对于使用柔性传感器对不同曲率表面的焊缝进行缺陷检测的系统，本发明采用的延时与移相的方法对传感器进行分别激励，能有效的激励出导波信号，提供一种有效的导波信号激励方法，提高焊缝缺陷检测系统的检测精度与效率。
(2)本发明设计的分别激励方法，可使位置不同的压电晶片产生的信号合成一个能量高、频散小、具有聚焦效果的信号，所以也可应用于类似的阵列传感器的激励系统中。
(3)本发明设计的分别激励方法，可采集不同接收点的多组数据，利用上位机的多通道数据处理分析软件进行分析和对比，可提高缺陷检测精度。
(4)本发明设计的分别激励方法是在已知激励信号的幅值与频率等基本参数和焊缝材料参数的基础上实现的，所以无论激励信号和焊缝怎么更换，只要基本参数已知，即可使用此方法进行激励。
附图说明
图1为一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法示意图；
图2为本发明所提及的柔性传感器结构图；
图3为柔性传感器置于焊缝上进行信号激励的工作示意图；
其中Δd为柔性传感器中压电阵列的列间距；r33为第3行第3列的压电单元到焊缝上任意一点的距离。
图4为柔性传感器置于焊缝上进行信号激励时的工作示意侧视图；
其中1代表柔性传感器中压电阵列的第1列；2代表第2列；3代表第3列。
图5为图3中每一列的压电片同时激励且无任何移相操作的激励信号示意图；
其中1为第1列压电片的位置；2为第2列压电片的位置；3为第3列压电片的位置；4为第1列压电片的激励信号；5为第2列压电片的激励信号；6为第3列压电片的激励信号；7为三个位置的激励信号在第3列处叠加形成的总激励信号；8为压电阵列的列间距。
图6为图3中每一列的压电片分别激励的激励信号示意图；
其中1为第1列压电片的位置；2为第2列压电片的位置；3为第3列压电片的位置；4为第1列压电片的激励信号；5为第2列压电片的激励信号；6为第3列压电片的激励信号；7为三个位置的激励信号在第3列处叠加形成的总激励信号；8为压电阵列的列间距。
图7为图3中每一列的压电片按激励信号波长的整数倍排列时分别激励的激励信号示意图；
其中1为第1列压电片的位置；2为第2列压电片的位置；3为第3列压电片的位置；4为第1列压电片的激励信号；4’为第1列压电片的激励信号经过一个传播周期后到达第2列压电片位置时的激励信号；4”为第1列压电片的激励信号经过两个传播周期后到达第3列压电片位置时的激励信号；5为第2列压电片的激励信号；5’为第2列压电片的激励信号经过一个传播周期后到达第3列压电片位置时的激励信号；6为第3列压电片的激励信号；7为三个位置的激励信号在第3列处叠加形成的总激励信号；8为压电阵列的列间距；9为第1列压电片的激励信号最大幅值点；9’为第1列压电片的激励信号经过一个传播周期后到达第2列压电片位置时的激励信号最大幅值点；9”为第1列压电片的激励信号经过两个传播周期后到达第3列压电片位置时的激励信号最大幅值点；10为第2列压电片的激励信号最大幅值点；10’为第2列压电片的激励信号经过一个传播周期后到达第3列压电片位置时的激励信号最大幅值点。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图1所示，一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，包括11 个步骤：(1)根据阵列式传感器的设计参数，得知传感器中压电片阵列的列间距Δd；(2)计算出导波主模态下信号的传播速度υ；(3)获取激励信号的周期T； (4)计算出传感器中压电片阵列相邻列之间的激励信号的延时时间Δt；(5)计算出压电片阵列中相邻列之间的激励信号的相位差(6)测得传感器中第i 列各个压电单元到焊缝上任意一点的距离rji；(7)设计第i列压电单元的参考激励信号频谱Fi(ω)；(8)设计第i列每一个压电片的激励信号频谱Fji(ω)；(9) 计算传感器中每一个压电单元的波位移时间响应Uji(rji,t)；(10)根据每一路的激励信号对传感器进行分别激励。
通过步骤(1)和(2)所得到的压电片阵列的列间距Δd和波速υ计算出步骤(4)中的延时时间Δt；利用步骤(4)中的Δt和步骤(3)中的T计算出步骤 (5)中压电片阵列中相邻列之间的激励信号的相位差根据计算得出的每一路激励信号之间的延时时间和移相角度，分别设计步骤(7)中每一列压电单元的参考激励信号频谱Fi(ω)；根据得到的延时时间Δt、相位差和每一列压电单元的参考激励信号频谱Fi(ω)，获得步骤(8)中同一列中每一个压电片的激励信号频谱Fij(ω)；根据获得的波速υ、距离rji和频谱Fij(ω)，得出步骤(9)中每个压电片在焊缝上任意一点处的波位移的时间响应Uj(rji,t)；将每一路激励信号连接到传感器中相对应的压电单元上，即可实现对传感器中每个压电片的分别激励，即实现基于焊缝特征导波柔性阵列式传感器的多信号聚焦。
如图2所示，柔性传感器内部主要由很多微型压电片按矩形阵列排布构成，压电阵列是j行i列的矩阵面，行间距都相等，列间距亦都相等，j＝1，2，…， M，从上到下逐渐增加，M值根据压电矩阵的大小而定，此时M值为5，i＝1，2，…， N，从左到右逐渐增大，N值根据压电矩阵的大小而定，此时N值为4。
如图3所示，步骤(1)中所获得的压电片阵列的列间距Δd是由传感器的设计参数决定的，用于确定压电单元相邻列之间的延时时间和移相角度。
步骤(2)中所确定的导波主模态是由传感器的激励方式决定的，当传感器为直探头且压电片都以焊缝长度方向为伸缩振动方向时，能激励出sh波，当信号频率较低时，只存在SH0模态，将预知的焊缝材料的拉梅常数代入具有一定边界条件的波动方程中即可获得导波在焊缝中传播的波速υ；步骤(3)中的激励信号的周期T是已知的，而且在进行焊缝缺陷检测时，为了便于对缺陷信号进行分析，每一个周期的信号之间间距很长，这样可避免多周期之间信号的互相影响。
步骤(4)中的延时时间Δt是由步骤(1)和(2)所得到的压电片间距Δd和波速υ，再根据公式计算得出；步骤(5)中的移相角度是在得知步骤 (3)的周期T和步骤(4)的延时时间Δt的基础上，再根据公式得到；如图3所示，步骤(6)中为获得j行i列各个压电单元到焊缝上任意一点的直线距离rji，在此图中标出了第3行第3列到焊缝上任意一点的距离r33。
步骤(8)中激励信号从第i列任意压电片到焊缝上任意一点P处的波位移的时间响应Uj(rji,t)表示为下式：
上式参考超声导波传播理论所得，式中rji为j行i列各个压电单元到焊缝上任意一点的距离，由步骤(6)获得；A为压电片的激励信号幅值，每一路信号的幅值都相同；Fji(ω)为激励信号的频谱。
步骤(9)所述的Fji(ω)为第j行第i列压电片的激励信号频谱，在第i行的参考激励信号频谱Fi(ω)的基础上，使(1.1)式等式左边为定值，当所述的rji随 j值的变化而变化时，Fji(ω)也随之变化，保证同列的压电信号到焊缝上的任意一点的时间响应相同。
步骤(7)所述的Fi(ω)为第i列压电片的参考激励信号频谱，可由Fi(ω)作逆傅里叶变换，即
获得参考激励源信号fi(t)，其中ω为信号角频率，所以第i+1列的参考激励信号为
其中t′＝t-Δt，其中和Δt分别为步骤(4)和步骤(5)得到的压电片阵列相邻列之间的激励信号的延时时间和相位差。第i+1 列压电片的参考激励信号频谱即为
如图4所示，当是考虑每一的激励信号的影响时，如果对三列压电片进行同时激励，且不对激励信号做任何改变时，则信号激励情况如图5所示，三列压电片的激励信号同时激励时，在第3列处得到一个杂乱的叠加信号。此信号不方便直接用于对缺陷信号进行分析。
当考虑对每一列的激励信号进行一定的延时与移相操作之后，再对传感器进行激励，则可获得如图6所示的信号聚焦效果，在第3列压电片位置处获得具有时域上无混乱的叠加信号，即使不是完全周期的叠加，但由于延时与移相的值在实际中很微小，所以可近似信号是整周期叠加的聚焦效果。
当压电片阵列的列间距是激励信号的波长整数倍时，可获得如图7所示的叠加信号，第1列的激励信号在传播两个周期之后到达第3列的压电片位置处，第 2列的激励信号传播一个周期之后到达第3列的压电片位置处，此时第3列的激励信号也开始激励，所以三列的激励信号在第3列位置处得到叠加，即使第1 列和第2列的激励信号传播到第3列时幅值已经有所衰减，但不影响信号的叠加，同样可获得一簇高能量、频散小且具有聚焦效果的导波信号。
综上，本发明的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法。为了使柔性传感器激发出的信号具有聚焦的效果，在焊缝材料已知的情况下，确定超声导波在焊缝中的传播速度、传感器中压电的行间距和每一列中压电单元到焊缝上任意一点的距离，计算出压电阵列列于列之间的激励信号的延时时间与移相角度，在此基础上，测量每一个压电单元的波位移时间响应。设计传感器中每一个压电单元的激励信号，使传感器中每一片压电单元产生的信号在焊缝上的任意一点处的波位移时间响应相同，即多信号在某一点聚焦，形成一簇能量高、频散小的聚焦信号。为基于焊缝特征导波柔性阵列式传感器的焊缝缺陷检测系统，提供一个有效的激励方式，提高焊缝缺陷检测的精度与稳定性。此方法为焊缝探伤领域贡献智慧。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，包括以下步骤：1)根据阵列式柔性传感器的设计参数，获得传感器中压电片阵列的列间距Δd；2)计算出导波主模态下信号的传播速度υ；3)获取激励信号的周期T；4)通过步骤1)和2)所得到的压电片阵列的列间距Δd和波速υ计算出传感器中压电片阵列相邻列之间的激励信号的延时时间Δt；5)利用步骤4)中的Δt和步骤3)中的T，计算出压电片阵列中相邻列之间的激励信号的相位差6)测量传感器中第i列各个压电单元到焊缝上任意一点的距离rji；7)根据计算得出的每一路激励信号之间的延时时间和移相角度，设计第i列压电单元的参考激励信号频谱Fi(ω)；8)根据得到的延时时间Δt、相位差和每一列压电单元的参考激励信号频谱Fi(ω)，设计第i列每一个压电片的激励信号频谱Fji(ω)；9)根据获得的波速υ、距离rji和频谱Fji(ω)，计算传感器中每一个压电单元的波位移时间响应Uji(rji，t)；10)将每一路激励信号连接到传感器中相对应的压电单元上，实现对传感器中每个压电片的分别激励。
2.根据权利要求1所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述的柔性传感器内部主要由多个微型压电片按矩形阵列排布构成，压电阵列是j行i列的矩阵面，行间距都相等，列间距亦都相等，j＝1，2，...，M，从上到下逐渐增加，M值根据压电矩阵的大小而定，i＝1，2，...，N，从左到右逐渐增大，N值根据压电矩阵的大小而定。
3.根据权利要求1所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述步骤2)中所确定的导波主模态由传感器的激励方式决定，当传感器为直探头且压电片都以焊缝长度方向为伸缩振动方向时，能激励出SH波，当信号频率较低时，只存在SHw0模态，将预知的焊缝材料的拉梅常数代入具有一定边界条件的波动方程中即可获得导波在焊缝中传播的波速υ；所述步骤3)中的激励信号的周期T是已知的，而且在进行焊缝缺陷检测时，为了便于对缺陷信号进行分析，每一个周期的信号之间间距很长，这样可避免多周期之间信号的互相影响。
4.根据权利要求1所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述步骤4)中的延时时间Δt根据公式计算得出；所述步骤5)中的移相角度是根据公式得到；所述步骤6)中为获得j行i列各个压电单元到焊缝上任意一点的直线距离rji。
5.根据权利要求1所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述的步骤9)中激励信号从第i列任意压电片到焊缝上任意一点处的波位移的时间响应Uij(rji，t)表示为下式：
上式参考超声导波传播理论所得，式中rji为j行i列各个压电单元到焊缝上任意一点的距离，由步骤6)获得；A为压电片的激励信号幅值，每一路信号的幅值都相同；Fji(ω)为激励信号的频谱。
6.根据权利要求5所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述的Fji(ω)为第j行第i列压电片的激励信号频谱，在第i列的参考激励信号频谱Fi(ω)的基础上，使式(1.1)式等式左边为定值，当所述的rji随j值的变化而变化时，Fji(ω)也随之变化，保证同列的压电信号到焊缝上的任意一点的时间响应相同。
7.根据权利要求6所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，所述的Fi(ω)为第i列压电片的参考激励信号频谱，可由Fi(ω)作逆傅里叶变换，即
获得参考激励源信号fi(t)，其中ω为信号角频率，所以第i+1列的参考激励信号为
其中t′＝t-Δt，其中和Δt分别为步骤4)和步骤5)得到的压电片阵列相邻列之间的激励信号的延时时间和相位差。第i+1列压电片的参考激励信号频谱即为
获得所述的每一个压电片的激励信号之后，即可对整个传感器内的压电片实现分别激励，每一路激励信号的相位、激励时间点和频率也都不同，使分布在焊缝上不同位置的压电单元激发出具有聚焦效果的导波信号。
8.根据权利要求7所述的一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法，其特征在于，还包括：当压电片阵列的列间距是激励信号的波长n倍时，n为正整数，即列与列之间的激励信号延时为激励信号的n个周期，此时不需要考虑移相的问题；第i列的激励信号在传播2n个周期之后到达第i+2列的压电片位置处，第i+1列的激励信号传播n个周期之后到达第i+2列的压电片位置处，此时第i+2列的激励信号也开始激励，所以三列的激励信号在第i+2列位置处得到叠加，即使第i列和第i+1列的激励信号传播到第i+2列时幅值已经有所衰减，但不影响信号的叠加，同样可获得一簇高能量、频散小且具有聚焦效果的导波信号。
CN201910432044.4A 2019-05-23 2019-05-23 一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法 Active CN110208387B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910432044.4A CN110208387B (zh) 2019-05-23 2019-05-23 一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910432044.4A CN110208387B (zh) 2019-05-23 2019-05-23 一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110208387A true CN110208387A (zh) 2019-09-06
CN110208387B CN110208387B (zh) 2021-11-23

Family

ID=67788247

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910432044.4A Active CN110208387B (zh) 2019-05-23 2019-05-23 一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110208387B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113466336A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 北京航空航天大学 焊缝缺陷检测方法、装置、电子设备以及存储介质
WO2023173737A1 (zh) * 2022-03-17 2023-09-21 河南翔宇医疗设备股份有限公司 一种压电冲击波设备及其控制方法、装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014007023A1 (ja) * 2012-07-04 2014-01-09 新日鐵住金株式会社 欠陥検出装置、欠陥検出方法、プログラム及び記憶媒体
CN103837601A (zh) * 2012-11-26 2014-06-04 中国科学院声学研究所 一种宽带导波相控阵聚焦扫描方法及系统
CN107748200A (zh) * 2017-08-18 2018-03-02 江苏大学 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
CN107884058A (zh) * 2017-10-13 2018-04-06 南京航空航天大学 一种复杂结构Lamb波群速度频域测量方法
CN109187769A (zh) * 2018-07-27 2019-01-11 南京航空航天大学 一种基于超声导波定量化检测管道缺陷的方法
CN109298080A (zh) * 2018-10-31 2019-02-01 江苏大学 基于特征导波的焊缝缺陷检测专用阵列式传感器的分时激励系统及方法
CN109781849A (zh) * 2019-01-25 2019-05-21 江苏大学 一种基于频域分模态叠加损伤成像方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014007023A1 (ja) * 2012-07-04 2014-01-09 新日鐵住金株式会社 欠陥検出装置、欠陥検出方法、プログラム及び記憶媒体
CN103837601A (zh) * 2012-11-26 2014-06-04 中国科学院声学研究所 一种宽带导波相控阵聚焦扫描方法及系统
CN107748200A (zh) * 2017-08-18 2018-03-02 江苏大学 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
CN107884058A (zh) * 2017-10-13 2018-04-06 南京航空航天大学 一种复杂结构Lamb波群速度频域测量方法
CN109187769A (zh) * 2018-07-27 2019-01-11 南京航空航天大学 一种基于超声导波定量化检测管道缺陷的方法
CN109298080A (zh) * 2018-10-31 2019-02-01 江苏大学 基于特征导波的焊缝缺陷检测专用阵列式传感器的分时激励系统及方法
CN109781849A (zh) * 2019-01-25 2019-05-21 江苏大学 一种基于频域分模态叠加损伤成像方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
何存富等: "超声导波检测技术的发展、应用与挑战", 《仪器仪表学报》 *
洪红等: "SH波在中厚板对接焊缝中的传播特性", 《应用声学》 *
洪红等: "一种用于焊缝检测的压电式特征导波传感器", 《仪表技术与传感器》 *
许桢英等: "基于Wigner-Ville分布的焊缝特征导波信号分析方法", 《中国测试》 *
许桢英等: "焊缝特征导波模态的分析与应用", 《科学技术与工程》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113466336A (zh) * 2021-06-30 2021-10-01 北京航空航天大学 焊缝缺陷检测方法、装置、电子设备以及存储介质
CN113466336B (zh) * 2021-06-30 2023-01-17 北京航空航天大学 焊缝缺陷检测方法、装置、电子设备以及存储介质
WO2023173737A1 (zh) * 2022-03-17 2023-09-21 河南翔宇医疗设备股份有限公司 一种压电冲击波设备及其控制方法、装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN110208387B (zh) 2021-11-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Konstantinidis et al. The temperature stability of guided wave structural health monitoring systems
RU2447431C1 (ru) Способ ультразвукового тестирования и оборудование для него
US8192075B2 (en) Method for performing ultrasonic testing
Yuan et al. Phased array guided wave propagation in curved plates
CN104297346A (zh) 超声平板导波的金属板材无损检测系统及其检测方法
KR101308071B1 (ko) 곡률 쐐기를 가지는 위상배열 초음파 탐촉자의 빔 집속점 보정 방법
CN102207488A (zh) 横波tofd缺陷定位方法
CN105403622A (zh) 一种板材损伤识别定位方法
Fan et al. Non-contact ultrasonic gas flow metering using air-coupled leaky Lamb waves
CN109307568A (zh) 焊接残余应力的无损检测方法及采用该方法的探头
CN110208387A (zh) 一种基于焊缝特征导波柔性传感器的信号聚焦方法
CN104698089A (zh) 一种适用于倾斜裂纹定量和成像的超声相对时间传播技术
CN106706760A (zh) 全向性双圆形阵列的复合材料板声发射源定位方法
CN104142326A (zh) 一种衰减系数检测方法
JP2006234701A (ja) 超音波探傷装置及び超音波探傷装置方法
CN104111286A (zh) 一种用于超声波焊点检测的波速及厚度校准方法
CN103537423B (zh) 相控阵换能装置、石油钻铤螺纹检测装置及检测方法
CN101251522B (zh) 一种基于激光冲击波薄板分层的检测方法和装置
JP2008232627A (ja) 超音波探傷装置および超音波探傷方法
JP6290748B2 (ja) 超音波検査方法及び超音波検査装置
Freeseman et al. Characterization of concrete at various freeze-thaw damage conditions using SH-waves
Fromme Monitoring of plate structures using guided ultrasonic waves
JP2014077708A (ja) 検査装置および検査方法
CN103424475B (zh) 基于相控阵超声检测的被测面轮廓提取方法
Sun et al. Damage identification in thick steel beam based on guided ultrasonic waves

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant