[发明专利]一种基于声-超声的大型构件损伤概率成像定位方法

说明书

本发明公开了一种基于声‑超声的大型构件损伤概率成像定位方法。通过若干个压电换能器组成的声‑超声检测网络，采集直接接收和经损伤边界反射的声‑超声信号，综合使用基于信号能量的相异系数损伤概率成像法，和基于渡越时间的椭圆环相交损伤概率成像法，实现大型构件损伤的高效检测和快速定位。本发明的技术效果在于，通过声‑超声检测网络，使用相异系数和渡越时间的组合损伤概率成像算法，实现了大型构件损伤的无基准检测及快速定位。

技术领域

本发明专利涉及无损检测及结构健康监测领域，特别是一种基于声-超声的大型构件损伤概率成像定位方法。

背景技术

大型构件如航空航天结构件、压力容器、风电叶片等在服役运行过程中，常因工作载荷、冲击、振动、及环境变化等产生疲劳裂纹、腐蚀、冲击损伤等近表面损伤。为避免出现重大故障乃至安全事故，对这些构件进行损伤定位和监测是非常必要的。损伤定位有助于获取大型构件的损伤分布情况，进而评估构件安全状态或通过局部检测手段进一步探知损伤特性，对于保障大型构件的运行安全具有重要意义。

目前通过常规超声检测手段进行逐点扫查可获得较准确的损伤位置，但检测费时，不适用于大型构件。超声相控阵检测法在检测效率上有较大提高，但仍需要进行扫查检测，获取的大量数据所需处理时间长，且损伤定位效率仍不高。声发射定位是一种高效的损伤定位方法，适用于大型构件，但声发射检测需要对构件加载使其内部裂纹扩展产生声发射信号，易对被测构件造成破坏。声-超声由于波传播过程中无频散，模式单一，且对工件近表面损伤敏感的特点，比较适用于大型构件的检测。

在大型构件损伤定位的算法方面，申请公开号CN102998369A，申请公开日2013年3月27日的专利文献公布了一种二维损伤定量化检测方法，采用渡越时间的定位方法对损伤进行定位，但由于需要用到无损伤情况下构建的检测数据，实际操作受到一定限制，且该法对测量噪声、渡越时间的测量误差及不确定因素的抗干扰能力不强，难以获得良好定位效果；申请公开号CN104343043A，申请公开日2016年2月24日的专利公布了一种基于abaqus的金属薄板微裂纹时间反转定位方法，采用基于时间反转的损伤定位方法，用时反特征信号对仿真构件重新激励，在时间和空间上的聚焦进行损伤定位，但需要理想的时反函数才能还原构件中的能量空间分布，且仿真构件模型与实际构件材料结构上的偏差，往往不能很好地聚焦定位。

发明内容

本发明针对现有大型构件损伤定位方法需要获得构件无损伤时的检测信号，检测效率不高的问题，提出一种基于声-超声的大型构件损伤概率成像定位方法，实现大型构件损伤的高效检测和快速定位。

为了实现上述技术目的，本发明的技术方案是，一种基于声-超声的大型构件损伤概率成像定位方法，包括以下步骤：

步骤一、构建监测网络，在构件圆形被测区域边缘均匀布置n个压电晶片换能器，标记为1,2,...,n，以圆形几何中心为原点建立平面直角坐标系XOY，并分别获取发射换能器中心与损伤边界、损伤边界与接收换能器中心、发射换能器中心与接收换能器中心之间的距离

步骤二、超声信号激励，采用两种激励方式激励压电换能器A_i(x_i,y_i)，i＝1,2,...,n，产生超声信号，在构件表面产生声-超声信号，其中一种激励方式采用任意信号发生器产生汉宁窗调制的高、低幅值正弦信号，并经射频功率放大器后激励超声换能器，另一种激励方式采用超声脉冲发生接收仪产生脉冲信号激励超声换能器；步骤三、回波信号采集，采集上述步骤二中高、低幅正弦信号激励的由其他压电换能器R_j(x_j,y_j)，j＝1,2,...,n,j≠i，直接接收到的声-超声信号，记为S_i-j，同时采集上述步骤二中脉冲信号激励的经损伤边界反射后由其他压电换能器R_j(x_j,y_j)，j＝1,2,...,n,j≠i，接收的声-超声信号，记为E_i-j；