专利名称：碳纤维增强复合板脱粘缺陷的单模式超声导波参数精确量化检测方法
技术领域：
本发明涉及一种碳纤维增强复合板脱粘缺陷的单模式超声导波参数精确量化检测方法。
背景技术：
由于复合板中超声导波的传播机理尚未被完全认识清楚，所以目前对复合板中脱粘缺陷的导波检测主要方法是根据部分已知的导波传播特性，推断复合板中脱粘缺陷对导波各模式的影响，并结合大量实验找出能表征脱粘缺陷大小的特征参数作为缺陷量化的标准。目前已知的脱粘缺陷对导波传播特性的影响包括衰减特性、频散特性和模式转换特性等。其中，衰减特性表现为导波能量的变化，频散特性表现为波包的时域展宽，模式转换特性表现为单模式信号向多模式信号的转化。三种特性的联合作用导致实际检测信号十分复杂，不易提取缺陷信息。但是通过提取单模式信号并抑制其频散效应，可以突出缺陷引起单模式导波信号的幅值变化信息，方便提取缺陷的特征参数。通过有效的信号处理手段，对多模式导波信号中的模式数量、种类以及能反映缺陷信息的特征量进行提取，并以此作为定量评价缺陷信息的依据，是超声导波检测中的关键技术。信号处理方法是缺陷量化的基础，直接决定了检测精度。通过对多模式导波信号的分析来提取缺陷信息属于对导波波动反演的范畴，其实质是通过含信息信号反推实际情况，适用于复合材料中超声导波传播机理尚未被完全揭示的情况。
发明内容
本发明的目的是提出一种碳纤维增强复合板脱粘缺陷的单模式超声导波参数精确量化检测方法。本发明的检测原理是通过优化激励和接收条件抑制导波频散效应后，可通过SO 模式的幅值随缺陷的变化规律提取表征缺陷大小的特征参数。通过时频分布可知，在图5 所示接收信号的15 40 μ s区间内可以分辨出两个主要模式SO和Α0，而且当缺陷大小不同时两个模式的波会发生显著的变化。从15 M μ s这个时间窗内信号的变化趋势来看， 随着缺陷尺寸的增加，SO模式导波信号波包峰值增加较为明显，因此可选用SO模式导波信号包络峰值作为表征缺陷大小的特征参数。其特征在于通过对超声波激励和接收条件优化技术、导波模式控制与识别技术以及复合板中脱粘缺陷对SO模式导波的影响规律深入研究的基础上，提出提取单模式信号并抑制其频散效应，可以突出缺陷引起单模式导波信号的幅值作为表征复合板脱粘缺陷大小的导波特征参数，为缺陷成像检测提供了量化基准。本发明的优点在于使用时频分析方法对导波信号的时频域联合特性进行分析。 通过对多模式导波信号的分析来提取缺陷信息属于对导波波动反演的范畴，适用于复合材料中超声导波传播机理尚未被完全揭示的情况。四
图1典型多模式超声导波信号波形2超声导波信号模式识别3复合板频散曲线图4超声导波时间窗截取信号图5单SO模式超声导波信号.图6碳纤维增强环氧树脂基复合板中超声导波衰减特性7碳纤维-环氧树脂复合板SO模式导波平稳小波变换包络图8碳纤维-环氧树脂复合板SO模式导波平稳小波变换包络图9碳纤维增强环氧树脂基复合板χ方向脱粘缺陷特征参数分布规律图10碳纤维增强环氧树脂基复合板y方向脱粘缺陷特征参数分布规律
五具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式
进行详细说明Wigner-Ville分布是分析非平稳时变信号的重要工具之一，在一定程度上解决了 STFT存在的问题，其定义为信号中心协方差函数的傅立叶变换。为了提高时刻聚集性，可以对信号的Wigner-Ville分布进行加窗平滑处理，得到新的分布称为伪Wigner-Ville分布 (Pseudo Wigner-Ville Distribution，简称 PWVD)。与 STFT 对信号的线性表示不同，PWVD 是信号的二次型时频表示，对非平稳的超声导波信号信号的适应性较强，可以得到更准确的导波视频分布信息。对导波信号f (t)的PWVD变换运算可表示如下
[0021
权利要求
1.本发明涉及一种碳纤维增强复合板脱粘缺陷的单模式超声导波参数精确量化检测方法。针对多模式导波信号存在模式混叠和缺陷信息难于提取的特点，综合采用时频域联合分析的方法对导波信号进行处理，识别和提取信号中的导波模式、抑制噪声和消除频散效应。通过分析脱粘缺陷对导波各模式信号的影响规律，提出了碳纤维增强环氧树脂基复合板脱粘缺陷的量化方法，可实现对碳纤维增强环氧树脂基复合板脱粘缺陷的定量化检测。
2.根据权利要求1所述的碳纤维增强环氧树脂基复合板中超声导波优化激励方法，其特征在于通过优化激励和接收方法确保试件中的导波信号以SO为主，同时抑制其它模式导波的干扰。可以从SO模式导波的幅值变化信息中提取表征脱粘缺陷大小的特征参数。
3.根据权利要求1所述的碳纤维增强环氧树脂基复合板中超声信号模式识别方法，其特征在于采用IMHz低频段SO模式超声导波信号的变化规律表征碳纤维增强环氧树脂基复合板脱粘缺陷的尺寸。
4.根据权利要求1所述的碳纤维增强环氧树脂基复合板中超声信号中单模式信号提取方法，对导波信号伪Wigner-Ville分布时频窗滤波可将原信号中的SO模式分离出来，为基于导波SO模式信号变化规律分析的缺陷检测提供了有效的模式提取方法。
5.根据权利要求1所述的碳纤维增强环氧树脂基复合板脱粘缺陷的超声导波特征参数提取方法，导波检测信号的包络峰值随着缺陷尺寸变大而显著增大，因此，选用SO模式导波的SWT重构包络峰值作为特征参数，表征碳纤维-环氧树脂复合板中脱粘缺陷的大小。 提取包络峰值可得到y方向上表征脱粘缺陷大小的特征参数，同样方法得到X方向特征参数。
全文摘要
本发明涉及一种碳纤维增强复合板脱粘缺陷的单模式超声导波参数精确量化检测方法。由于复合板中超声导波的传播机理尚未被完全认识清楚，所以目前对复合板中脱粘缺陷的导波检测主要方法是根据部分已知的导波传播特性，推断复合板中脱粘缺陷对导波各模式的影响，并结合大量实验找出能表征脱粘缺陷大小的特征参数作为缺陷量化的标准。目前已知的脱粘缺陷对导波传播特性的影响包括衰减特性、频散特性和模式转换特性等。其中，衰减特性表现为导波能量的变化，频散特性表现为波包的时域展宽，模式转换特性表现为单模式信号向多模式信号的转化。三种特性的联合作用导致实际检测信号十分复杂，不易提取缺陷信息。但是通过提取单模式信号并抑制其频散效应，可以突出缺陷引起单模式导波信号的幅值变化信息，方便提取缺陷的特征参数。
文档编号G01N29/44GK102507751SQ20111036038
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月15日 优先权日2011年11月15日
发明者周世圆, 孟凡武, 徐春广, 潘勤学, 王立久, 肖定国, 许寒晖, 赵新玉, 郝娟 申请人:北京理工大学