超聲檢測：薄板中超聲導波傳播模態信號分析方法

Lamb(蘭姆)波是二維波,與三維體波相比具有衰減速度慢,傳播距離遠的特點,因此常被用于大型板材的長距離及快速無損檢測中.板材中蘭姆波與管中、變截面波導介質中的導波一樣,具有頻散性與多模態性.加上環境噪聲等多方面因素的影響,導波檢測時傳感器接收到的Lamb波信號非常復雜,屬于非平穩隨機信號,需要利用有效的信號處理技術提取有用的信息成分才能確定合適的激勵方式,獲得更好的檢測成像效果.傳統的處理Lamb波信號的方法包括反射系數法、傅里葉變換法、小波變換法、動態光彈法等,但是這些方法都有各自的不足.反射系數法是通過測量漏蘭姆波的頻散曲線來確定材料的性質,但測量難度較大.傅里葉變換只能處理線性非平穩的信號.
 

HilbertＧHuang變換(HHT)是一種近幾年發展起來的一種自適應信號處理方法,不受Heisenberg測不準原理制約,可以在時間和頻率上同時達到很高的精度,非常適用于分析突變信號.筆者以薄壁鋁板為研究對象,利用雙重時間尺度的方法,即采用二維傅里葉變換法整體傳播時間尺度,HilbertＧHuang變換從單一信號時間尺度,將二者相結合對在鋁板中不同位置采集到的Lamb波信號作數據處理與分析,與半解析有限元法得到蘭姆波的頻散曲線相對照,進而識別與分析鋁板中蘭姆波模態,獲得較高的時間分辨率.

 

１薄板中超聲導波分離模態信號分析方法

１．１傳播特性的半解析有限元分析

在邊界自由的固體板中,板材厚度與激勵聲波波長數量級相當時,在板中產生的應力波就是Lamb波.根據薄板兩表面質點振動相位關系,Lamb波分為對稱型Lamb波和反對稱型Lamb波,分別用Sn、An表示,n為模態的階次(n＝０,１,２,３

超聲波衍射時差法檢測工藝探頭的選擇方法

超聲波衍射時差法無損檢測工藝中探頭的選擇是十分重要的一環，如何選擇最為合適的探頭，這篇文章將解答所有的關于這個問題的疑慮。

1、探頭角度的選擇

 

脈沖反射法對探頭角度的選擇原則：

 

脈沖回波法常用橫波探頭，波長較短

 

探頭角度越大，探測聲程越長，衰減也越大，厚工件不能使用大角度探頭

 

保證能量和穿透力的情況下，盡量選擇角度大一些的探頭，利于裂紋缺陷的檢出

 

TOFD檢測技術

 

裂紋檢出與探頭角度無關

 

探頭角度的選擇應考慮：工件厚度、分辨力、深度測量精度、掃查覆蓋范圍

 

1.1TOFD探頭角度與工件厚度的關系

 

按照2/3T法則，檢測同樣厚度的工件時，探頭角度大，PCS也大→聲程也長

 

檢測深度增加時，聲程隨探頭角度的增加而快速增加，衰減變大

 

規律與常規脈沖回波法一致
 

 

1.2TOFD探頭角度與分辨力的關系：

 

TOFD信號測量精度是指測量信號達到時間的準確性，其同時影響缺陷自身高度和缺陷深度。

 

（縱向）分辨力是指能夠識別的兩個信號到達的時間間隔或其所代表的最小距離

 

分辨力取決于脈沖信號的持續時間，一個脈沖信號包含幾個周期，時間分辨力就是這幾個周期的時間，距離分辨力就是這段時間超聲波傳播的距離。

 

對TOFD技術的非平行掃查，要求執行2/3T法則

 

PCS=2S=（4/3）Dtanθ

 

探頭角度越小，PCS也越小

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