CN110672717A - 检查结构的方法以及检查系统 - Google Patents

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Abstract

在一种检查结构的方法中，接收由第一激光束从目标结构中生成的第一超声信号。通过向所述目标结构提供从第一激发单元生成的所述第一激光束来生成所述第一超声信号。接收由不同于第一激光束的第二激光束从所述目标结构生成的第二超声信号。通过向所述目标结构提供从第二激发单元生成的所述第二激光束来生成所述第二超声信号。接收第三超声信号，所述第三超声信号通过所述第一激光束和所述第二激光束从该目标结构生成。通过将所述第一激光束和所述第二激光束同时提供至所述目标结构来生成所述第三超声信号。基于第一超声频谱、第二超声频谱、和第三超声频谱来确定所述目标结构是否被损坏，所述第一超声频谱、所述第二超声频谱、和所述第三超声频谱是通过分别转换所述第一超声信号、所述第二超声信号、所述第三超声信号所获得的。

Description

检查结构的方法以及检查系统
相关申请的交叉引用
基于35USC§119，本申请要求2018年7月3日在韩国知识产权局提交的No.10-2018-0076827韩国专利申请的优先权，该申请通过引用整体结合至此。
技术领域
示例性实施例一般地涉及结构的检查技术，且更特定地涉及检查结构的方法以及执行该方法的检查系统。
背景技术
执行结构的检查来核查或确定该结构的安全性。如果该结构被损坏，该结构的安全性可被劣化或退化。因此，关键的是快速地检测结构的损坏并且对于已损坏的结构采取合适的动作，且研究者对于检测结构损坏的技术正在进行各种研究工程。
韩国专利No.10-0784582涉及使用压电设备测量结构损坏的装置和方法。特定地，在韩国专利No.10-0784582中，将一个或多个压电设备附连至结构的合适侧，通过应力施加单元施加一应力来生成纵向弹性波，通过阻抗分析器来分析特定频率范围内的阻抗，且因此使用压电设备容易地测量结构的损坏。
发明内容
一些示例性实施例提供了一检查结构的方法，所述方法使用非线性超声调制与双激光系统有效地检测目标结构中的疲劳裂纹。
一些示例性实施例提供了一检查系统，所述系统使用非线性超声调制与双激光系统能有效地检测目标结构中的疲劳裂纹。
根据示例性实施例，在一检测结构的方法中，接收由第一激光束从目标结构中生成的第一超声信号。通过向所述目标结构提供从第一激发单元生成的所述第一激光束来生成所述第一超声信号。接收由第二激光束从所述目标结构生成的第二超声信号。通过向所述目标结构提供从第二激发单元生成的所述第二激光束来生成所述第二超声信号。所述第二激发单元和所述第二激光束分别地不同于所述第一激发单元和所述第二激光束。接收第三超声信号，所述第三超声信号通过所述第一激光束和所述第二激光束从该目标结构生成。通过将所述第一激光束和所述第二激光束同时提供至所述目标结构来生成所述第三超声信号。基于第一超声频谱、第二超声频谱、和第三超声频谱来确定所述目标结构是否被损坏，所述第一超声频谱、所述第二超声频谱、和所述第三超声频谱是通过分别转换所述第一超声信号、所述第二超声信号、所述第三超声信号所获得的。
在一些示例性实施例中，所述第一激光束可具有第一尺寸、且所述第二激光束可具有小于所述第一尺寸的第二尺寸。
在一些示例性实施例中，通过所述第一激光束可生成一窄带输入，且通过所述第二激光束可生成一宽带输入。
在一些示例性实施例中，所述第一尺寸和所述第二尺寸中的至少一项是可改变的。
在一些示例性实施例中，当确定所述目标结构是否被损坏时，可基于所述第一超声频谱和所述第二超声频谱来选择频率范围。可计算在所选频率范围内的第一边带峰值计数值。所述第一边带峰值计数值可表示被包括在第二超声频谱范围内的所有第一峰值点中大于或等于阈值的第一阈值峰值点的数量。可计算在所选频率范围内的第二边带峰值计数值。所述第二边带峰值计数值可表示被包括在第三超声频谱范围内的所有第二峰值点中大于或等于阈值的第二阈值峰值点的数量。可通过将所述第一边带峰值计数值与所述第二边带峰值计数值来确定在所述目标结构中是否包括疲劳裂纹。
在一些示例性实施例中，当通过将所述第一边带峰值计数值从所述第二边带峰值计数值中减去所获得的边带峰值计数差值为正值时，可确定在所述目标结构中包括疲劳裂纹。
在一些示例性实施例中，随着所述边带峰值计数差值增加，所述目标结构的损坏程度可增加。
在一些示例性实施例中，所述阈值是可改变的。
根据各示例性实施例，一检查系统包括第一激发单元、第二激发单元、感测单元、和控制单元。所述第一激发单元生成第一激光束。所述第二激发单元生成第二激光束。所述第二激发单元和所述第二激光束分别地不同于所述第一激发单元和所述第一激光束。所述感测单元接收由所述第一激光束从一目标结构生成的第一超声信号、接收由所述第二激光束从所述目标结构生成的第二超声信号、且接收由所述第一激光束和所述第二激光束从所述目标结构生成的第三超声信号。通过将所述第一激光束提供至所述目标结构而生成所述第一超声信号。通过将所述第二激光束提供至所述目标结构而生成所述第二超声信号。通过将所述第一激光束和所述第二激光束同时提供至所述目标结构而生成所述第三超声信号。所述控制单元基于所第一超声频谱、第二超声频谱、和第三超声频谱来确定所述目标结构是否被损坏，所述第一超声频谱、所述第二超声频谱、和所述第三超声频谱是通过分别转换所述第一超声信号、所述第二超声信号、和所述第三超声信号所获得的。
在一些示例性实施例中，所述第一激光束可具有第一尺寸，且所述第二激光束可具有小于所述第一尺寸的第二尺寸。
在一些示例性实施例中，可由所述第一激光束生成一窄带输入，且可由所述第二激光束生成一宽带输入。
在一些示例性实施例中，所述第一尺寸和所述第二尺寸中的至少一项可由所述控制单元所改变的。
在一些示例性实施例中，所述控制单元可基于所述第一超声频谱和所述第二超声频谱选择一频谱范围，可计算所选频率范围内的第一边带峰值计数值，可计算所述频率范围内的第二边带峰值计数值，且可通过比较所述第一边带峰值计数值与所述第二边带峰值计数值来确定所述目标结构内是否包括疲劳裂纹。所述第一边带峰值计数值可表示包括在所述第二超声频谱内的所有第一峰值点中大于或等于阈值的所述第一阈值峰值点的数量。所述第二边带峰值计数值可表示包括在所述第三超声频谱内的所有第二峰值点中大于或等于阈值的所述第二阈值峰值点的数量。
在一些示例性实施例中，当通过将所述第一边带峰值计数值从所述第二边带峰值计数值中减去所获得的边带峰值计数差值为正值时，所述控制单元可确定在所述目标结构中包括疲劳裂纹。
在一些示例性实施例中，随着所述边带峰值计数差值增加，所述目标结构的损坏程度可增加。
在一些示例性实施例中，所述阈值通过所述控制单元是可改变的。
因此，在根据各示例性实施例的检查结构的方法以及检查系统中，可使用两个激发单元来生成两个不同激光束以获得NB响应和WB响应、以及获得WB+NB响应，且因此可减少数据收集时间。此外，可在没有参考结构的情况下有效地检查或诊断目标结构的损坏或损坏特性。
附图说明
图1是示出根据各示例性实施例的检查系统的框图。
图2是示出在根据各示例性实施例的检查系统中提供给目标结构的第一和第二激光束的示例的图。
图3A、3B、3C、3D、3E、和3F是示出根据各激光束的尺寸的响应特性的图表。
图4是示出根据各示例性实施例的检查结构的方法的流程图。
图5是示出包括在根据各示例性实施例的检查结构的方法中的确定目标结构是否被损坏的示例的流程图。
图6A、6B、7A、和7B是用于描述图5中确定所述目标结构是否被损坏的操作的图表。
图8、9、10A、10B、11A、11B、11C、12、13A、13B、和14是用于描述基于各示例性实施例的检查结构的方法的实验性结果的图表。
具体实施例
将参看其中示出各实施例的附图来更为完整地描述各示例性实施例。然而，本创新概念可被实现为更多不同形式且不应被解释为限制于此处阐述的各实施例。
而是，提供这些实施例以使得本公开将深入且完整，且将完全将本创新概念的范围创递给本领域技术人员。在整篇本申请中，类似附图标记是指类似元件。
将理解的是，尽管此处可使用第一、第二等来描述不同元件，但这些元件并不受限于这些术语。这些术语被用于将一个元件与另一个元件区分开。在不背离所述创新概念的范围的情况下，例如，第一元件可用术语描述为第二元件，且，类似地，第二元件可用术语描述为第一元件。如此处所使用地，术语“和/或”包括相关联的所列出的项目中的任一项以及一项或多项的所有组合。
将立即的是，当一元件被提及“连接”或“联接(coupled)”至另一个元件时，所述元件可直接连接或联接至所述另一个元件，且可能出现介入的元件。反之，当一元件被提及“直接连接”或“直接联接”至另一个元件时，就不存在介入的元件。用于描述元件之间关系的其他单词应以类似方式被解释(如，“在……之间”相对“直接地在……之间”，“相邻”相对“直接相邻”等)。
此处所使用的术语是为了描述特定实施例的目的而不是意在对于所述创新概念的限制。如此处所使用地，单数形式“一(a)”、“一个(an)”、“该(the)”意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有说明。进一步将理解的是，术语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包含(includes)”和/或“包含(including)”，当在此处被使用时，具体说明所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件、和/或组件的存在，而不是排除一个或多个其他的存在或附加。
除非另有定义，此处所使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有如所述创新概念所属技术领域的普通技术人员所普遍理解的一样的含义。将被进一步理解的是，这些术语，诸如在常用字典中所定义的那些，应被解释为具有与在相关领域的上下文中相一致的含义，且除非此处清楚地如此定义，不应以理想化的或过于正式的方式被解释。
通过参看附图描述其中的各详细的示例性实施例，所述创新概念的上述和其他特征将变得更为明显。附图中相同附图标记被用于相同元件，且省略对于相同元件的冗余说明。
图1时示出根据各示例性实施例的检查系统的框图。图2是示出在根据各实施例实施例的检查系统中提供给目标结构的第一和第二激光束的示例。图3A、3B、3C、3D、3E、和3F是示出根据各激光束的尺寸的响应特性的图表。
参看图1、2、3A、3B、3C、3D、3E、和3F，检查系统10包括第一激发单元200、第二激发单元300、感测单元400、和控制单元500。
所述第一激发单元200生成第一激光束LS1。所述第一激发单元200可包括第一脉冲激光生成器210和第一旋转镜220。从所述第一脉冲激光生成器210所生成的所述第一激光束LS1可经由所述第一旋转镜220被提供至一目标结构(或一目标样本)100。所述第一激发单元200可被称为第一激光生成单元。
所述第二激发单元300生成不同于所述第一激光束LS1的第二激光束LS2。所述第二激发单元300被实现为不同于(即，区别或与之分离)所述第一激发单元200。所述第二激发单元300可包括第二脉冲激光生成器310和第二旋转镜320。从所述第二脉冲激光生成器310的所述第二激光束LS2可经由所述第二旋转镜320提供至所述目标结构100。所述第二激发单元300可被称为第二激光生成单元。
在一些示例性实施例中，所述第一激光束LS1和所述第二激光束LS2可具有不同的尺寸。例如，所述第一激光束LS1可具有第一尺寸，且所述第二激光束LS2可具有小于所述第一尺寸的第二尺寸。如图2中所示，当第一和第二激光束LS1、LS2被设置为平面上(即，平面视图中)为圆形时，所述第一激光束LS1的所述第一尺寸可用第一直径R1来代表(或第一半径)，且所述第二激光束LS2的所述第二尺寸可用短于所述第一直径R1的第二直径R2来代表(或第二半径)。尽管图2示出在平面上为圆形的激光束LS1和LS2，各示例性实施例并不受限于此。
在一些示例性实施例中，可由所述第一激光束LS1生成一窄带(NB)输入，且可由所述第二激光束LS2生成一宽带(WB)输入。例如，图3A、3B、3C、3D、3E、和3F示出当所述激光束的半径分别为0.5mm、1mm、2mm、4mm、8mm、和16mm时，时域中的归一化速度以及在频域中的归一化幅度。如图3A、3B、3C、3D、3E、和3F中所示，随着所述激光束的尺寸增加，频域中的响应频率可变得更低且与所述频率响应相关联的宽度可变得更窄。因此，可验证所述窄带输入是由具有相对较大尺寸的所述第一激光束LS1所生成的。
通过所述第一激光束LS1和所述第二激光束LS2从所述目标结构100生成第一超声(ultrasonic)信号(或超声(ultrasound)信号)US1、第二超声信号US2、和第三超声信号US3。例如，当所述第一激光束LS1提供至所述目标结构100时，通过热膨胀，所述目标结构100可生成所述第一超声信号US1。类似地，当所述第二激光束LS2提供至所述目标结构100时，通过热膨胀，所述目标结构100可生成所述第二超声信号US2。当所述第一激光束LS1和所述第二激光束LS2基本同时或同时并存地提供至所述目标结构100时，通过热膨胀，所述目标结构100可生成所述第三超声信号US3。
所述感测单元400接收从所述目标结构100生成的所述第一超声信号US1、所述第二超声信号US2、和所述第三超声信号US3。例如，第一、第二、和第三超声信号US1、US2、和US3可在不同时间点生成，且所述感测单元400可顺序地接收第一、第二、和第三超声信号US1、US2、和US3。
所述控制单元500接收分别与来自所述感测单元400的所述第一超声信号US1、所述第二超声信号US2、和所述第三超声信号US3对应的第一数据DAT1、第二数据DAT2、和第三数据DAT3。所述控制单元500基于第一、第二、和第三超声信号US1、US2、和US3(如，基于第一、第二、和第三数据DAT1、DAT2、和DAT3)来确定所述目标结构100是否被损坏。例如，所述控制单元500可确定所述目标结构100是完好无损(或未损坏)的结构或受损坏的结构。
所述控制单元500可生成第一控制信号CON1、第二控制信号CON2、和第三控制信号CON3，分别用于控制所述第一激发单元200、所述第二激发单元300、和所述感测单元400。所述第一激发单元200、所述第二激发单元300、和所述感测单元400可被同步从而在所述控制单元500的控制下执行上述操作。
在一些示例性实施例中，所述第一激光束LS1的所述第一尺寸以及所述第二激光束LS2的所述第二尺寸中的至少一项可由控制单元500所改变或通过所述控制单元500可改变。例如，所述控制单元500可基于第一和第二控制信号CON1和CON2来改变所述第一尺寸和所述第二尺寸中的至少一项。
图4示出根据各示例性实施例的检查结构的方法的流程图。
参看图1和4，在根据各实施例的检查结构的方法中，接收由所述第一激光束LS1从所述目标结构100所生成的所述第一超声信号US1(步骤S100)。通过将所述第一激光束LS1提供至所述目标结构100来生成所述第一超声信号US1。可由所述第一激发单元200和所述感测单元400来执行步骤S100。
接收由所述激光束LS2从所述目标结构100生成的所述第二超声信号US2(步骤S200)。通过将不同于所述第一激光束LS1的所述第二激光束LS2提供至所述目标结构100来生成所述第二超声信号US2。可通过不同于所述第一激发单元200的所述第二激发单元300以及感测单元400来执行步骤S200。
接收由所述第一激光束LS1和所述第二激光束LS2从所述目标结构100生成的第三超声信号US3(步骤S300)。通过同时将所述第一激光束LS1和所述第二激光束LS2提供至所述目标结构100来生成所述第三超声信号US3。通过所述第一激发单元200、所述第二激发单元300、以及感测单元400来执行步骤S300。
在根据各示例性实施例的检查结构的方法中，可分别从两个不同的激发单元200和300生成提供至所述目标结构100的两个不同激光束LS1和LS2。特定地，激发单元200和300应被分开地实现和/或彼此区别以使得两个不同的激光束LS1和LS2能同时提供至所述目标结构100，如步骤S300中所述。然而，尽管未示出，可将一个激光束分为两个激光束LS1和LS2。
在一些示例性实施例中，第一、第二、和第三超声信号US1、US2、和US3的生成时间可彼此不同。例如，可由所述第一激光束LS1在第一时间点生成所述第一超声信号US1，可由所述第二激光束LS2在晚于所述第一时间点的第二时间点生成所述第二超声信号US2，且可由第一和第二激光束LS1和LS2在所述第二时间点的第三时间点生成所述第三超声信号US3。可根据各示例性实施例来改变第一、第二、和第三超声信号US1、US2、和US3的生成顺序。
基于通过分别转换所述第一超声信号US1、所述第二超声信号US2、以及所述第三超声信号US3所获得的第一超声(ultrasonic)频谱(或超声(ultrasound)频谱)、第二超声频谱、和第三超声频谱，来确定所述目标结构100是否被损坏(步骤S400)。通过所述控制单元500来执行步骤S400。
在一些示例性实施例中，可通过所述控制单元500获得第一、第二、和第三超声频谱。在其他示例性实施例中，第一、第二、和第三超声频谱可通过所述感测单元400获得，且以第一、第二、和第三数据DAT1、DAT2、和DAT3的形式被提供至所述控制单元500。
图5是示出被包括在根据各实施例的检查结构的方法中的确定一目标结构是否被损坏的示例的流程图。图6A、6B、7A、和7B是描述图5中的确定所述目标结构是否被损坏的操作的图。
参看图1、4、5、6A、6B、7A、和7B，当确定所述目标结构是否被损坏时(步骤S400)，可基于通过转换所述第一超声信号US1获得的第一超声频谱以及通过转换所述第二超声信号US2获得的第二超声频谱来选择频率范围(步骤S410)。
例如，通过作为时域中的信号的所述第一超声信号US1上执行傅立叶变换，且因此可获得图6A中所示的第一超声频谱。如参看图2、3A、3B、3C、3D、3E、和3F所描述地那样，由于所述第一激光束LS1具有相对较大的尺寸，通过转换由所述第一激光束LS1生成的所述第一超声信号US1获得的第一超声频谱可形成在低频处的相对较窄带内，且因此可基于所述第一超声频谱(即，窄带响应或NB响应)来设置所述频率范围的下限(即，图6B中频率范围FRNG的下限LL)。
此外，可在作为时域中的信号的所述第二超声信号US2上执行傅立叶变换，且因此可获得图6B中所示的第二超声频谱。由于所述第二激光束LS2具有相对小的尺寸，通过转换由所述第二激光束LS2生成的所述第二超声信号US2所获得的所述第二超声频谱，可在相对宽带中形成，且因此可基于所述第二超声频谱(即，宽带响应或WB响应)来设置所述频率范围的上限(即，图6B中频谱范围FRNG的上限UL)。可基于所述下限LL和所述上限UL来选择所述频率范围FRNG。
进一步，如将参看图7A和7B所描述地那样，可在作为时域中的信号的所述第三超声信号US3上执行傅立叶变换，且因此可获得第三超声频谱。
可在所述所选频率范围内计算第一边带峰值计数(SPC)值(步骤S420)。所述第一边带峰值计数值可指示包括在所述第二超声频谱中的所有第一峰值点中大于或等于一阈值的第一阈值峰值点的数量。
例如，可设置一阈值T，如图6B中所示。例如，所述阈值T可大于或等于零且小于或等于一。在所述所选频率范围FRNG中，可计算所述第一边带峰值计数值，所述第一边带峰值计数值指示在包括在所述第二频谱内的所有第一峰值点中大于或等于所述阈值T的所述第一阈值峰值点的数量。例如，所述第一边带峰值计数值可满足式1：
[式1]
Figure BDA0002117322040000081
在式1中，SPCWB(T)代表对于所述阈值T的所述第一边带峰值计数值，NTWB代表在所述所选频率范围FRNG内包括在所述第二超声频谱内的所有第一峰值点的数量，且NPWB(T)代表在所述所选频率范围FRNG内包括在所述第二超声频谱内的所述第一阈值峰值点的数量。可使用所述第二超声频谱作为用于确定所述目标结构100是否被损坏的参考。
在一些示例性实施例中，所述阈值T可由所述控制单元500来改变或通过所述控制单元500是可改变的。
可计算在所述所选频率范围内的第二边带峰值计数值(步骤S430)。所述第二边带峰值计数值可指示包括在所述第三超声频谱内的所有第二峰值点中大于或等于所述阈值的第二阈值峰值点的数量。
例如，使用所述第一边带峰值计数值，所述第二边带峰值计数值可满足式2。
[式2]
Figure BDA0002117322040000082
在式2中，SPCWB+NB(T)代表对于所述阈值T的所述第二边带峰值计数值，NTWB+NB代表在所述所选频率范围FRNG内包括在所述第三超声频谱内的所有所述第二峰值点的数量(如，WB+NB响应)，且NPWB+NB(T)代表在所述所选频率范围FRNG内相对于所述阈值T包括在所述第三超声频谱内的所有所述第二阈值峰值点的数量。
可通过将所述第一边带峰值计数值与所述第二边带峰值计数值比较来确定所述目标结构100内是否包括疲劳裂纹(步骤S440)。例如，通过将所述第一边带峰值计数值从所述第二边带峰值计数值中减去所获得的边带峰值计数差(SPCD)值可满足式3。
[式3]
SPCD(T)＝SPCWB+NB(T)-SPCWB(T)
在式3中，SPCD(T)代表对于阈值T的所述边带峰值计数差值。基于所述边带峰值计数差值的差异可确定所述目标结构100中是否存在疲劳裂纹。
例如，图7A示出当所述目标结构100不包括疲劳裂纹时(如，当所述目标结构100是完好无损的或未损坏的结构时)所获得的所述第三超声频谱的示例。在这种情况下，通过转换由第一和第二激光束LS1和LS2生成的所述第三超声信号US3所获得的所述第三超声频谱与第一和第二超声频谱的和基本相同。在图6B和7A的示例中，在所述所选频率范围FRNG中的包括在所述第二超声频谱中的所有第一峰值点的数量可基本等于在所述所选频率范围FRNG中的包括在所述第三超声频谱中的所有第二峰值点的数量(如，NTWB＝NTWB+NB)，在所述所选频率范围FRNG中相对于所述阈值T的包括在所述第二超声频谱内的所述第一阈值峰值点的数量与在所述所选频率范围FRNG中相对于所述阈值T的包括在所述第三超声频谱内的所述第二阈值峰值点的数量可以是五(如，NPWB(T)＝NPWB+NB(T)＝5)，且因此所述边带峰值计数差值可以是零。
对于另一个示例，图7B示出当所述目标结构100内包括疲劳裂纹时(如，当所述目标结构100是受损坏的结构时)获得的所述第三频谱的示例。在这种情况下，通过转换由第一和第二激光束LS1和LS2生成的所述第三超声信号US3所获得的所述第三超声频谱与第一和第二超声频谱的和是不同的。例如，在所述宽带响应与所述窄带响应之间可发生非线性调制，且因此在所选频带内可存在更多的边带峰值或增加的边带能量。在图6B和7B的示例中，在所述所选频率范围FRNG中相对于所述阈值T的包括在所述第二超声频谱内的所述第一阈值峰值点的数量可以是五(如，NPWB(T)＝5)，在所述所选频率范围FRNG中相对于所述阈值T的包括在所述第三超声频谱内的所述第二阈值峰值点的数量可以是十二(如，NPWB+NB(T)＝12)，且因此所述边带峰值计数差值可以是一正值。
换言之，当通过将所述第一边带峰值计数值从所述第二边带峰值计数值中减去所获得的所述边带峰值计数差值是一正值时，可确定所述目标结构100包括疲劳裂纹。
在一些示例性实施例中，随着所述边带峰值计数差值增加，所述目标结构100的损坏程序可增加。
在一些示例性实施例中，最大边带峰值计数差(MSPCD)值可满足式4。
[式4]
MSPCD＝|max(SPCD(T))|
由于引起非线性调制的裂纹的能量(如，边带)远小于线性响应的能量，所述最大边带峰值计数差值可经常发生在相对较小的阈值T处。
在根据各示例性实施例的检查结构的方法中，可使用两个不同激发单元200和300(如，双激光系统)来生成两个不同激光束LS1和LS2以获得NB响应和WB响应以及获得WB+NB响应。因此，相比相同频带的两个单输入频率的扫描(sweep)而言，脉冲激光输入的宽带本质可增加满足非线性调制生成的边界条件，且可减少数据收集时间。进一步，相比包括单激发单元或使用单激光束，根据各示例性实施例的检查系统(如，双激光超声检查系统)可在不依赖于从所述目标结构的原始条件所获得的任何基线数据的情况下来提取损坏特征。换言之，在没有参考结构的情况，可有效地检查或诊断目标结构的损坏或损坏特性。
图8、9、10A、10B、10C、11A、11B、11C、12、13A、13B、和14是描述了基于根据各示例性实施例的检查结构的方法的实验性结果的图表。
参看图8和9，准备6个3mm厚、由铝合金制成的I形铝板样品来评估各示例性实施例的表现。准备了4个中间有裂纹的铝板，且命名为第一受损样品AD1、第二受损样品AD2、第三受损样品AD3、以及第四受损样品AD4。如图8中所示，在每一个受损样品中间引入槽口，且从这个槽口引发疲劳裂纹。图8中示出受损样品的所有几何信息。图9是示出第一到第四受损样品AD1、AD2、AD3、和AD4的裂纹的显微镜图片。尽管图8和图9中未示出，准备了两个没有裂纹的铝板，且命名为第一完好样品AI1和第二完好样品AI2。
此外，将离开感测点左右两次约60mm的位置分别设置为所述第一激光束LS1和所述第二激光束LS2的辐射点。用于生成所述第一激光束LS1的所述第一激发单元200被用于激发具有约20mJ脉冲能量和约10mm光束半径的NB输入。用于生成所述第二激光束LS2的所述第二激发单元300被用于激发具有约15mJ脉冲能量和约1mm光束半径的NB输入。
参看图10A、10B、和10C，在所述第一完好样品AI1上执行根据各示例性实施例的检查结构的方法，且因此获得NB响应、WB响应、以及WB+NB响应。图10A示出通过换转由所述第一激光束LS1生成的所述第一超声信号US1获得的第一超声频谱(如，所述NB响应)。图10B示出通过转换由所述第二激光束LS2生成的所述第二超声信号US2获得的第二超声频谱(如，所述WB响应)。图10C示出通过转换由第一和第二激光束LS1和LS2生成的所述第三超声信号US3或的第三超声频谱(如，所述WB+NB响应)。
参看图11A、11B、和11C，在所述第一受损样品AD1上执行根据各示例性实施例的检查结构的方法，且因此获得NB响应、WB响应、以及WB+NB响应。图11A示出通过换转由所述第一激光束LS1生成的所述第一超声信号US1获得的第一超声频谱(如，所述NB响应)。图11B示出通过转换由所述第二激光束LS2生成的所述第二超声信号US2获得的第二超声频谱(如，所述WB响应)。图11C示出通过转换由第一和第二激光束LS1和LS2生成的所述第三超声信号US3或的第三超声频谱(如，所述WB+NB响应)。
尽管图10A、10B、10C、11A、11B、11C中未示出，对于所述第二完好样品AI2、以及第二到第四受损样品AD2、AD3、和AD4中的每一项获得NB响应、WB响应、以及WB+NB响应。
参看图12，示出在完好样品AI1和AI2以及受损样品AD1、AD2、AD3、和AD4中每一项中的WB响应与WB+NB响应之间的相关系数。
参看图13A，示出了在所述第一完好样品AI1中，根据阈值T的变化，所述边带峰值计数值的变化以及所述边带峰值计数差值的变化。参看图13B，示出了在所述第一受损样品AD1中，根据阈值T的变化，所述边带峰值计数值的变化以及所述边带峰值计数差值的变化。在图13A和13B的SPC曲线中，实线代表从所述WB响应获得的所述边带峰值计数值，且虚线代表从所述WB+NB获得的所述边带峰值计数值。
如图13A中所示，在所述第一完好样品AI1中，从所述WB响应所获得的所述边带峰值计数值与从所述WB+NB响应所获得的所述边带峰值计数值之间几乎没有差异，且所述最大边带峰值计数差值为约0.0136。然而，如图13B中所示，在所述第一受损样品AD1中，从所述WB响应所获得的所述边带峰值计数值与从所述WB+NB响应所获得的所述边带峰值计数值之间的差异相对较大，且所述最大边带峰值计数差值为约0.0656。
尽管图13A和13B中未示出，对于所述第二完好样品AI2、以及第二到第四受损样品AD2、AD3、和AD4中的每一项获得所述峰值计数值和所述边带峰值计数差值。
参看图14，对于完好样品AI1和AI2、以及受损样品AD1、AD2、AD3、和AD4中的每一项示出所述最大边带峰值计数差值。可显示出，受损样品AD1、AD2、AD3、和AD4中的每一项的所述最大边带峰值计数差值总是大于完好样品AI1、AI2中的每一项的这个值，且因此可验证，根据各示例性实施例，通过获得所述边带峰值计数差值能够有效地确定所述结构的损坏。
上述各实施例可应用于评估各种目标结构的现有状态的用于维护的各种安全检查或诊断系统和/或测量系统，所述目标结构诸如建筑物、样品、和样本，以及诸如桥梁、大型设施、和地下设施之类的基础设施。
上文是对于各示例性实施例的说明且并不被解释为对于示例性实施例的限制。尽管已经描述了一些示例性实施例，本领域技术人员将易于知悉在本质上不背离本创新概念的教示和优势的情况下，在各示例性实施例中很多变型是可能的。因此，所有这样的变型意在被包括在如权利要求所定义的本创新概念的范围内。因此，将理解的是上文是对于各示例性实施例的说明且并不被解释为限制于所公开的这些特定实施例，且对于这些所公开的各示例性实施例的变型意在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (16)

1.一种检查结构的方法，所述方法包括：
接收由第一激光束从目标结构生成的第一超声信号，所述第一超声信号是通过将从第一激发单元生成的所述第一激光束提供至所述目标结构所生成的；
接收由第二激光束从所述目标结构生成的第二超声信号，所述第二超声信号是通过将从第二激发单元生成的所述第二激光束提供至所述目标结构所生成，所述第二激发单元和所述第二激光束分别不同于所述第一激发单元和所述第一激光束；
接收由所述第一激光束和所述第二激光束从所述目标结构生成的第三超声信号，所述第三超声信号是通过向所述目标结构同时提供所述第一激光束和所述第二激光束所生成的；以及
基于通过分别转换所述第一超声信号、所述第二超声信号、和所述第三超声信号所获得的第一超声频谱、第二超声频谱、和第三超声频谱来确定所述目标结构是否被损坏。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一激光束具有第一尺寸，且所述第二激光束具有小于所述第一尺寸的第二尺寸。
3.如权利要求2所述的方法，其中由所述第一激光束生成窄带输入，且由所述第二激光束生成宽带输入。
4.如权利要求2所述的方法，其中所述第一尺寸和所述第二尺寸中的至少一项是可改变的。
5.如权利要求1所述的方法，其中确定所述目标结构是否被损坏包括：
基于所述第一超声频谱与所述第二超声频谱选择频率范围；
计算在所选频率范围内的第一边带峰值计数值，所述第一边带峰值计数值表示在包括在所述第二超声频谱范围内的所有第一峰值点中大于或等于阈值的第一阈值峰值点的数量；
计算在所选频率范围内的第二边带峰值计数值，所述第二边带峰值计数值表示在包括在所述第三超声频谱范围内的所有第二峰值点中大于或等于所述阈值的第二阈值峰值点的数量；以及
通过将所述第一边带峰值计数值与所述第二边带峰值计数值相比较来确定所述目标结构中是否包括疲劳裂纹。
6.如权利要求5所述的方法，其中当通过将所述第二边带峰值计数值减去所述第一边带峰值计数值所获得的边带峰值计数差值是正值时，确定所述目标结构中包括疲劳裂纹。
7.如权利要求6所述的方法，其中随着所述边带峰值计数差值增加，所述目标结构的损坏程度增加。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述阈值是可改变的。
9.一种检查系统，包括：
第一激发单元，配置为生成第一激光束；
第二激发单元，配置为生成第二激光束，所述第二激发单元与所述第二激光束分别地不同于所述第一激发单元与所述第一激光束；
感测单元，配置为接收由所述第一激光束从目标结构生成的第一超声信号，接收由所述第二激光束从所述目标结构生成的第二超声信号，且接收由所述第一激光束和所述第二激光束从所述目标结构生成的第三超声信号，所述第一超声信号是通过将所述第一激光束提供至所述目标结构所生成的，所述第二超声信号是通过将所述第二激光束提供至所述目标结构所生成的，所述第三超声信号是将所述第一激光束和所述第二激光束同时提供至所述目标结构所生成的；以及
控制单元，配置为基于通过分别转换所述第一超声信号、所述第二超声信号、和所述第三超声信号所获得的第一超声频谱、第二超声频谱、和第三超声频谱来确定所述目标结构是否被损坏。
10.如权利要求9所述的检查系统，其中所述第一激光束具有第一尺寸，且所述第二激光束具有小于所述第一尺寸的第二尺寸。
11.如权利要求10所述的检查系统，其中通过所述第一激光束生成窄带输入，且通过所述第二激光束生成宽带输入。
12.如权利要求10所述的检查系统，其中所述第一尺寸和所述第二尺寸中的至少一项是通过所述控制单元可改变的。
13.如权利要求9所述的检查系统，其中所述控制单元被配置为基于所述第一超声频谱与所述第二超声频谱选择频率范围，计算所选频率范围内的第一边带峰值计数值，计算所选频率范围内的第二边带峰值计数值，且通过将所述第一边带峰值计数值与所述第二边带峰值计数值相比较来确定所述目标结构中是否包括疲劳裂纹；
其中所述第一边带峰值计数值表示在包括在所述第二超声频谱范围内的所有第一峰值点中大于或等于阈值的第一阈值峰值点的数量，且
其中所述第二边带峰值计数值表示在包括在所述第三超声频谱范围内的所有第二峰值点中大于或等于所述阈值的第二阈值峰值点的数量。
14.如权利要求13所述的检查系统，其中所述控制单元被配置为当通过从所述第二边带峰值计数值中减去所述第一边带峰值计数值所获得的边带峰值计数差值是正值时，确定所述目标结构中包括疲劳裂纹。
15.如权利要求14所述的检查系统，其中随着所述边带峰值计数差值增加，所述目标结构的损坏程度增加。
16.如权利要求13所述的检查系统，其中所述阈值通过所述控制单元是可改变的。
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