一种主动检测金属薄壁结构件中缺陷的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是金属薄壁结构件无损检测领域，具体涉及一种利用差频超声兰姆 波信号主动检测金属薄壁结构中缺陷的方法。
【背景技术】
[0002] 厚度在6_以下的薄壁结构件是在航空航天工业、汽车工业、船舶工业方面均有 广泛的应用。但是由于薄壁结构件在加工或乳制成型过程中所带入的缺陷如裂纹缺陷等， 都会对产品的制造和使用的安全性造成威胁。同时由于外部加载以及使用环境的变化，都 可能引起由于薄壁结构件内部细小缺陷源的扩展，进而造成破坏事故，除了严格的工艺保 证尽量少出现缺陷外，检测就成了保证航空、航天及汽车行业中金属薄壁结构件可靠应用 的重要手段。因此，对金属薄壁结构件进行检测识别十分必要的。
[0003] 超声兰姆波检测以检测灵敏度高、声束指向性好、对裂纹等危害性缺陷检出率较 高、适用性广泛等优点在薄壁结构件无损检测领域中占有重要的地位，而且超声兰姆波检 测方法，是通过对兰姆波与缺陷作用产生的信号直接分析和判断缺陷的存在和性质，属于 主动检测方法，主动检测系统比被动检测所需时间短，而且不需要连续检测，对于实际检测 应用非常方便，所以超声兰姆波检测方法更具研究价值在金属薄壁结构件检测技术中。
[0004] 兰姆波检测中很重要的一个方面在于精确的信号解释，然而兰姆波在任意给定的 激发频率下，至少存在两种模式，而各模式的相速度又随着激发频率的改变而发生变化即 频散，这一特点给兰姆波检测信号的精确解释和分析带来很大的困难，这也限制了超声兰 姆波主动检测金属薄壁结构件中缺陷尤其是微小缺陷的应用，使得提取超声兰姆波特征参 数非常困难，造成对被测介质中微小缺陷检测精度不高，不能满足当前工业发展的要求。因 此，发展一种准确、快速的兰姆波信号主动检测金属薄壁结构件的方法十分必要。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种利用差频超声兰姆波信号的金属薄壁结构件缺陷的主 动检测方法，目的在于解决现有金属薄壁结构件中的微小缺陷识别能力不高，同时避免了 兰姆波在金属薄壁结构件中传播时的复杂特性所带来的应用局限性，简化了超声兰姆波特 征参数提取方法。利用同时激发不同频率的超声兰姆波信号，实现金属薄壁结构件中的缺 陷的精准识别。
[0006] 一种主动检测金属薄壁结构件中缺陷的方法测试系统包括任意波形发生器、两个 发射换能器、非接触式激光测振仪、数字信号示波器、计算机、五根同轴数据传输线和被测 薄壁结构件，所述的非接触式激光测振仪信号输出端通过同轴数据传输线与数字示波器信 号输入端电气连接，数字信号示波器可以实时接收并存储非接触激光测振仪采集的信号， 数字信号示波器的信号输出端通过同轴数据传输线与计算机的信号输入端电气连接，计算 机的控制信号输出端通过同轴数据传输线与任意波形发生器的控制信号输入端电气连接， 通过计算机控制任意波形发生器输出信号的波形和频率，任意波形发生器的信号输出端即 第一个输出通道通过同轴数据传输线与第一个发射换能器的信号输入端电气连接，第二个 输出通道通过同轴数据传输线与第二个发射换能器的信号输入端电气连接，两个发射换能 器与被测薄壁结构件相连接。
[0007] 两个发射换能器为同型号同材质的压电晶体，所述的发射换能器谐振频率为 1MHz.，通过环氧树脂与被测薄壁结构件垂直耦合。
[0008] 任意波形发生器的通道包括输入通道和输出通道，所述的输入通道是可以通过计 算机把波形信号下载到任意波形发生器中；所述的输出通道为四个独立通道，可以同时选 择不同频率的发射信号，本发明仅用输出通道其中的第一输出通道和第二输出通道。
[0009] -种主动检测金属薄壁结构件中缺陷的方法包括以下步骤： 步骤一、将计算机中程序编写的两列兰姆波信号下载到任意波形发生器中，两列兰姆 波信号的中心频率分别为170kHz和260kHz，波形均设为猝发兰姆波； 步骤二、计算机通过第五同轴数据传输线向任意波形发生器发出控制信号，启动任意 波形发生器； 步骤三、任意波形发生器第一个输出通道发出170kHz的兰姆波，通过第一同轴数据传 输线加载到第一发射换能器上；同时第二个输出通道发出260kHz的兰姆波，通过第二同轴 数据传输线加载第二发射换能器上； 步骤四、利用非接触式激光测振仪接收被测薄壁结构件中的波形信号，并通过第三同 轴数据传输线同步传给数字信号示波器进行显示和存储，该信号同时通过数字示波器信号 输出端的第四同轴数据传输线发送给计算机，进行分析处理； 步骤五、计算机对接收的信号进行存储和分析，找出兰姆波与缺陷相关的特征参数，对 缺陷进行识别。
[0010] 有益效果：利用不同频率的两列超声兰姆波同时激励薄壁结构件，不同频率的兰 姆波信号在薄壁结构件传输过程中相互作用，引起波形信号的畸变，采用时频联合分析的 方法可知，在时域上表现为波形相互叠加，在频域上表现为调制现象即滋生新的频率成分， 产生差频频率(两列激励声波频率之差）与和频频率(两频率之和)，这种畸变源自于晶体缺 陷、微观结构的变化(缺陷)，出现了调制频谱即可认定薄壁结构中缺陷的存在，而当被测薄 壁结构件中在没有缺陷或损伤的区域，两列声波传播过程中的主要受原子间非线性畸变影 响，产生调制频率的能量幅度较低可忽略，这使得有缺陷的薄壁结构件中兰姆波声学特征 更易被测量。利用差频超声兰姆波信号声学特征来识别缺陷尤其是对微小缺陷的识别将大 大优于兰姆波线性声学方法，而且避免解析兰姆波声学波型转换方程的复杂性，简化了兰 姆波特征参数提取方法。
【附图说明】
[0011] 图1为【具体实施方式】一所述的一种主动检测金属薄壁结构件中缺陷的方法测试 系统示意图。
[0012] 图2是差频超声兰姆波信号时频联合分析图。
【具体实施方式】
[0013]
【具体实施方式】一、结合图1说明本【具体实施方式】，本【具体实施方式】所述的一种主 动检测金属薄壁结构件中缺陷的方法测试系包括任意波形发生器1、第一发射换能器2、第 二发射换能器3、非接触式激光测振仪4、数字信号示波器5、计算机6、被测薄壁结构件7、第 一同轴数据传输线8、第二同轴数据传输线9、第三同轴数据传输线10、第四同轴数据传输 线11和第五同轴数据传输线12,所述的非接触式激光测振仪4信号输出端通过同轴数据传 输线10与数字示波器5信号输入端电气连接，数字示波器5可以实时接收并存储非接触激 光测振仪4采集的信号，数字示波器5的信号输出端通过同轴数据传输线11与计算机6的 信号输入端电气连接，计算机6的控制信号输出端通过同轴数据传输线12与任意波形发生 器1的控制信号输入端电气连接，通过计算机6控制任意波形发生器1输出信号的波形和 频率，任意波形发生器1的信号输出端即第一个输出通道通过同轴数据传输线8与第一个 发射换能器2的信号输入端相连接，第二个输出通道通过同轴数据传输线9与第二个发射 换能器3的信号输入端相连接，发射换能器2和发射换能器3与被测薄壁结构件7连接。
【具体实施方式】 [0014] 二、本与一所述的一种主动检测金属薄 壁结构件中缺陷的方法的区别在于，第一发射换能器2、第二发射换能器3为同型号同材质 的压电晶体，所述的第一发射换能器2和第二发射换能器3谐振频率为1MHz.，通过环氧树 脂与被测薄壁结构件7垂直耦合。
【具体实施方式】 [0015] 三、本与一所述的一种主动检测金属薄 壁结构件中缺陷的方法的区别在于，任意波形发生器1的通道包括输入通道和输出通道， 所述的输入通道是可以通过计算机6把波形信号下载到任意波形发生器1中，所述的输出 通道为四个独立通道，可以同时选择不同频率的发射信号，本发明仅用输出通道其中的第 一输出通道和第二输出通道。
【具体实施方式】 [0016] 四、本与一所述的一种主动检测金属 薄壁结构件中缺陷的方法的区别在于，任意波形发生器1同时发出的超声波信号分别为 170kHz和260kHz猝发兰姆波。
[0017] 本实施方式中，利用不同频率的两列超声兰姆波