[发明专利]基于密集型激光传感器阵列的Lamb波板状结构的缺陷定位方法

说明书

基于密集型激光传感器阵列的Lamb波板状结构的缺陷定位方法，属于激光超声无损检测领域。在金属板结构的中心部位分布多个传感器阵元形成一个n×n的密集型阵列，用来检测整个板结构的缺陷。单个传感器阵元激励剩余的传感器阵元接收，这样共采集组数据。对采集到的数据分别进行连续小波变换来提取特定频率附近的信号。之后对提取到的信号进行频散补偿去除信号的频散现象，有利于对缺陷更加准确的识别。在本发明中分别对信号进行全聚焦成像和符号相干因子成像，并对二者的成像结果进行图像融合，从而对缺陷进行准确的定位。

技术领域

本发明提供了一种基于密集型激光传感器阵列的Lamb波板状结构的缺陷定位方法，属于激光超声无损检测领域。

背景技术

随着现代工业的迅猛发展，金属板状结构已广泛应用于石油化工、航空航天和海洋运输等工程领域。储罐罐体、压力容器外壳、飞机机翼和船舶船体等均为大型金属板状结构。其中，储罐和压力容器是石油化工等行业重要的基础设施。然而，这些金属板状结构在服役过程中普遍工况恶劣且多处于承载状态，易受到冲击、腐蚀和疲劳等而产生不同类型的缺陷，这些缺陷一旦扩展极易导致结构安全可靠性大幅下降，剩余使用寿命缩短乃至整体结构失效，甚至产生灾难性的后果。作为大型设备或高端装备的主要组成部分和重要承载部件，金属板状结构的健康状况直接关系到整体结构的在役安全和使用寿命。这些金属板状结构普遍面积较大，给大范围无损检测带来了很大困难。现有的常规无损检测方法尚无法满足这一检测需求。

激光超声是利用点光源进行检测，其激励的激光聚焦点非常小，可达到微米量级，具有高的空间分辨率，有利于缺陷的精确定位；而且相对于压电片和其他传感器来说，很大程度上可以减少检测盲区、消除耦合剂对检测效果的影响。传感器阵列技术对于缺陷检测技术有着较高的灵敏度，而且具有良好的指向性，非常有利于缺陷的识别，在本发明中充分结合了激光超声和传感器阵列的优势，将激光Lamb波扫描方法和Lamb波相控阵列检测技术相结合，发展一种基于密集型激光传感器阵列的Lamb波板状结构的缺陷定位方法，用于工程中广泛使用的大型金属板状结构非接触、快速、全面的无损检测。

发明内容

本发明针对大型金属板结构全范围检测的要求，提出一种基于密集型激光传感器阵列的Lamb波板状结构的缺陷定位方法。实现了对大型金属板结构的非接触，全范围内的精确检测。并且创新性的引进频散补偿算法使得激光传感器阵列实验更加精确的检测出缺陷位置，提高缺陷检测的灵敏度和分辨率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为基于密集型激光传感器阵列的Lamb波板状结构的缺陷定位方法，实现该方法的平台包括脉冲激光器、数字示波器、激光干涉仪、计算机、激光探头、检测样板；激光探头包括激光激励探头和激光接收探头。

1)实验系统整体搭建如图1所示，脉冲激光器产生两组信号，一组同步信号直接传输给数字示波器，另一组信号传输给激光激励探头。激光接收探头与激光干涉仪相连接，并且将采集到的数据传输给数字示波器(采集卡)，最后数字示波器(采集卡)的信号储存到计算机中。激光激励探头和激光接收探头布置在检测样板的同侧或异侧；所述检测样板为铝板。

2)检测样板上的激励和接收阵元位置分布在其中心位置，形成n×n的密集型阵列(n为阵列的行数)。

3)由脉冲激光激励探头在阵元1的位置激励出超声波信号，由连续激光探头在阵元2、3……N(N＝n²)的位置接收铝板中的回波信号。

4)脉冲激光探头移动至阵元2的位置，继续激励出超声波信号，同样由连续激光探头在阵元1、3……N(N＝n²)的位置接收铝板中的回波信号，并且重复上面的操作依次激励剩余阵元，并利用连续激光接收回波信号，直到共采集到信号组数据结束。

本发明中的缺陷检测和定位原理如下：