[发明专利]基于Lamb波的损伤图像化系统

说明书

本发明公开了一种基于Lamb波的快速损伤成像方法和实施该方法的损伤诊断系统。该方法包括激光照射方案及信号处理算法。该损伤诊断系统用脉冲激光装置用于产生脉冲激光束照射被测物体的探伤区域，并激发超声波；压电传感器紧贴被测物体表面；放大器接收压电传感器的电信号进行放大，示波器将电信号转化为数字信号，再输入主机，主机接收电信号进行数据处理并绘制损伤诊断图，显示器对结果进行显示，主机用接口总线连接并控制脉冲激光装置。本发明的优点是：快速识别及定位损伤，并且提供损伤形状和大小信息。

技术领域

本发明属于结构损伤诊断领域，针对大量使用薄壁结构的飞机、航空器、高速列车、轮 船等大型结构，利用Lamb波在传播过程中振幅衰减的性质，实现薄壁结构快速无损检测及 其损伤的图像化诊断。

背景技术

目前我国的工业界中，各种老化结构的数量在飞速地增加，为使这些结构物更加安全地运 行并避免能导致重大经济损失及人员伤亡事故的发生，同时为在降低运行成本的情况下保证 结构物在接近或超设计寿命的情况下的安全工作，应用各种无损检测手段，对各种老化结构 进行可靠性评价以及维护成为了我国生产及生活中所面临的重大课题。

目前广泛使用的各种无损检查手段包括:超声波、X射线和热成像等技术。但这些技术的 检测周期较长，其检测的范围也很小。另外，这些技术的费用以及检测过程中的人为过失等 原因使得这些技术不能可靠地保障结构的安全性和可靠性。为了克服上述方法的弱点，近年， 许多研究者利用有些特殊种类的超声波,如兰姆波沿薄壁“结构面内方向”远距离传播的特点， 提出了一些新的结构损伤诊断方法,比如开发超声波在结构物面内展开方向的时间域内传播 的可视化技术,便可以非常容易的识别由结构缺陷以及损伤引起的散乱波,从而简单地确认损 伤的存在。关于超声波可视化方面的研究,人们已经开发了诸如光弹法和Schlieren法等方法, 但类似这样的方法只可以实现在透明介质中超声波传播的可视化,对一般金属和复合材料制 造的固体结构不适用。因此这样的技术只能作为超声波研究的一种辅助手段,并不能直接应用 于实际结构的损伤检测。一般而言，由于结构表面的超声波振幅在10-3mm量级，对不透明 结构，在技术上完成超声波可视化存在不少困难，目前人们只能借助于价钱昂贵的激光干涉 系统(Laser interferometer system)来完成这一任务。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于Lamb波的快速损伤成像方法，它不仅 能确定损伤的位置，还能快速精确地识别损伤形状和大小。本发明还提供一种实施该方法 的损伤诊断系统。

本发明的系统10如图1所示：1激光发射装置，利用激光照射被检测物，由于热弹效应 会使照射点处的粒子产生波动，进而在被检测物内部产生超声波。如果被检测物是薄壁结构， 则产生的超声波是一种特殊的超声导波，即Lamb；2被检测物；3传感器，接收Lamb波信 号；4前置放大器，可对接收信号进行放大并且滤波去噪等处理；5示波器，将连续的电信号 转化为数字信号；6电脑，对接收到的所有信号进行图像化处理。

本发明的原理：Lamb波在被检测物内部传播，遇到损伤时将会发射散射，其中一部分波 能被反射，这将导致透过波的振幅减小。利用Lamb波在传播路径上存在损伤或不存在损伤 时其透过波的振幅不同的特性，编制一种算法实现检测区域内损伤的图像化诊断。

本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤：

1、在一块不含损伤的区域内，如图2所示，固定压电传感器(蓝色圆圈)的位置，激光沿着 图中水平线，每隔一定距离照射一次被检测物，则压电传感器将接收到经过不同传播距离的 Lamb波信号，如照射m次，则将有m组信号，将其存储在主机上。

2、确定检测区域并把其取为正方形，如图3所示；各边依次命名为A1，A2，B1，B2，每条 边等间距分为n段，检测区域也被分为n×n个正方形网格；