其中屯、频率为275曲Z。
【具体实施方式】 [0014] 二、本与一所述的一种主动监测金属管 材结构损伤的方法的区别在于，数字信号示波器为泰克DP070404C，数字信号示波器的采样 速率不小于2. 5GS/s。
[0015] 下面结合附图1举例，实验中选择的金属管材为石油裂化无缝钢管，牌号为45,试 样外圆平均直径为60. 3mm、内圆平均直径为54. 6mm、平均壁厚为3. 5mm，长度为800mm，管 材长度1/3处含有通透微裂纹。
[001引实施例1 : 自聚非线性焦兰姆波金属管材损伤主动监测方法，测试系统包括：可编程任意波形发 射器1，换能器阵列包括第一发射换能器2、第二发射换能器3、第Ξ发射换能器4和接收换 能器5,数字信号示波器6、计算机7。步骤包括： 步骤一、发射换能器激励信号： 在被测金属管材上布置一定数量换能器阵列第一发射换能器2、第二发射换能器3、第Ξ发射换能器4和接收换能器5,由任意波形信号发射1发出的正弦脉冲波，中屯、频率为 275曲Z，并且同时分别加载到第一发射换能器2、第二发射换能器3、第Ξ发射换能器4,作 为激励信号； 步骤二、信号反时序处理： 由接收换能器5接收步骤一在金属管材介质中超声信号，接收换能器5将信号同步传 输到数字信号示波器6中，接收到的第一次波形信号在数字信号示波器6进行显示存储后 传输到计算机7,利用计算机编写的程序并对信号进行反时序、归一化处理； 步骤Ξ:获得金属管材中的聚焦信号： 将步骤二中的反时序、归一化处理后的信号由计算机7下载到可编程任意波形发射器 1中再次同时加载到第一发射换能器2、第二发射换能器3、第Ξ发射换能器4,作为发射信 号再次发射，在接收换能器5处接收到自聚焦兰姆波信号，经过反时序处理后信号使信噪 比得到增强； 步骤四：损伤识别 对步骤Ξ中的聚焦信号进行时频联合分析，如图2所示。从图2中，可W看出，除了声 源激励频率275曲Ζ外，还出现了新的频率成分即Ξ次谐波810曲Ζ，而且时间是聚焦峰值出 现的时间。主要是因为金属管材中裂纹的存在，使兰姆波聚焦信号发生频率转换，由此可准 确判断出损伤的存在。
[0017] 本发明不局限于上述实施方式，还可W是上述各实施方式中所述技术特征的合理 组合。
[0018] 本发明的基本原理是： 本发明方法综合利用非线性兰姆波对管材结构及平面结构中缺陷或损伤的敏感性和 反时序处理的自聚焦特性，使得兰姆波与缺陷或损伤相关的特征信号经反时序后得到增 强，提高了信噪比，实现对金属管材结构缺陷或损伤的精准识别。
[0019] 结合W下数学公式进一步说明本发明： 当介质中没有损伤时，声波在介质中传播可用一维情况下的应力与应变的关系来描 述，由广义胡克定律可知 σ=R〇ε(1-Κε-δε2···) (1) 式中：R。为线性弹性模量；Κ为二阶非线性弹性系数；为Ξ阶非线性弹性系数。
[0020] 然而当被测金属管材结构中出现损伤时，介质结构中将会产生滞回现象，式（1) 将不再成立，此时R弹性模量可表示为：
式中：Κ为二阶非线性系数；d为；阶非线性系数，續I；話《寺沒狂(η 沒I袭g表示为滞 回介质中应力与应变的关系，其中d为非线性参数，反映了金属结构介质中的滞回效应；寒 为应变率，Δε为平均应变幅度，如果故沁貞，则總級:獄。:I，如果搞洩，刹斜
[0021] 在经典非线性系统中，非线性声学影响会使中屯、频率分布产生变化，也就是说当 应变幅度为Aε、频率为ω的超声波传播一段距离后，产生频率为2ω和3ω的高频成分， 相对应的应变幅分别为（Δ〇2和（Αε) 3。然而具有滞回效应的材料如金属钢管材、平面 结构等，Ξ次谐波幅值与（Α〇2成正比，且不会出现二次谐波。由此可见滞回效应表现为 二阶效应。
【主权项】
1. 本发明的技术方案是提供一种主动监测金属管材结构损伤的方法，其特征在于，测 试系统包括：可编程任意波形发射器（1)，换能器阵列包括第一发射换能器（2)、第二发射 换能器（3)、第三发射换能器（4)和接收换能器（5)，数字信号示波器（6)、计算机（7);所 述的发射换能器阵列中第一发射换能器（2)、第二发射换能器（3)、第三发射换能器（4)和 接收换能器（5)均为同型号同材质的可逆压电晶体，也就是换能器中任何换能器均可以作 为发射换能器，又可以作为接收换能器，换能器阵列谐振频率均为1. 5MHz;所述的任意波 形发射器所产生的波形信号是通过计算机MATLAB程序编写的正弦猝发波其中心频率为 275kHz;所述的数字信号示波器为泰克DP070404C，可以对接收到的波形信号实时显示并 存储，与计算机的连接方式以太网。2. 根据权利要求1所述的一种主动监测金属管材结构损伤的方法，其特征在于，所述 的可编程任意波形发射器所产生的波形信号是通过计算机MATLAB程序编写的正弦猝发波 其中心频率为275kHz。3. 根据权利要求1所述的一种主动监测金属管材结构损伤的方法，其特征在于，数字 信号示波器为泰克DP070404C，数字信号示波器的采样速率不小于2. 5GS/s。4. 根据权利要求1所述的一种主动监测金属管材结构损伤的方法，其特征在于，步骤 包括： 步骤一、发射换能器激励信号： 在被测金属管材上布置一定数量换能器阵列第一发射换能器（2)、第二发射换能器 (3)、第三发射换能器（4)和接收换能器（5)，由任意波形信号发射（1)发出的正弦波，中心 频率为275kHz，并且同时分别加载到第一发射换能器（2)、第二发射换能器（3)、第三发射 换能器（4)，作为激励信号； 步骤二、信号反时序处理： 由接收换能器（5)接收步骤一在金属管材介质中超声信号，接收换能器（5)将信号同 步传输到数字示波器（6)中，接收到的第一次波形信号在数字信号示波器（6)进行显示存 储后传输到计算机（7)，并对信号进行反时序、归一化处理； 步骤三：获得金属管材中的聚焦信号： 将步骤二中的反时序、归一化处理后的信号再次加载到发射换能器（2)、发射换能器 (3)、发射换能器（4)后，作为发射信号再次发射，在接收换能器（5)处接收到自聚焦兰姆波 信号，经过反时序处理后信号使信噪比得到增强； 步骤四：损伤识别 对步骤三中的聚焦信号进行时频联合分析，除了声源激励频率275kHz外，还出现了新 的频率成分即三次谐波810kHz，而且时间是聚焦峰值出现的时间；主要是因为金属管材中 裂纹的存在，使兰姆波聚焦信号发生频率转换，由此可准确判断出损伤的存在。5. 根据权利要求2所述的一种主动监测金属管材结构损伤的方法，其特征在于，所述 自聚焦非线性兰姆波损伤缺陷特征参数为三次谐波。
【专利摘要】一种主动监测金属管材结构损伤的方法，本发明包括步骤：1)发射换能器激励信号：在被测管材上布置一定数量换能器阵列，由信号发生器产生脉冲信号，并且同时加载到发射换能器阵列，作为激励信号；2)反时序信号处理：由接收换能器接收步骤1)在介质中超声信号，对接收到的信号依次进行反时序并进行归一化处理；3)获自聚焦兰姆波信号：将步骤2)中反时序后信号再次加载到相应发射换能器阵列，作为发射信号再次发射，在接收换能器处接收到自聚焦兰姆波信号，经过反时序后使信噪比增强；4)缺陷损伤识别：对步骤3)中聚焦信号进行时频分析，找出缺陷损伤与信号变化关系。本发明用于金属管材结构损伤主动监测识别。
【IPC分类】G01N29/04
【公开号】CN105403621
【申请号】CN201510749895
【发明人】高桂丽, 石德全, 李大勇, 董静薇
【申请人】哈尔滨理工大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年11月7日