检测结构部件中的缺陷的系统和方法
【专利摘要】一种检测结构部件中的缺陷的方法，包括：通过向结构部件施加激励信号来激励所述结构部件；向被激励的结构部件施加光信号并捕获由被激励的结构部件对所施加光信号的反射形成的反射光信号；以及处理所述反射光信号以确定所述结构部件中的一个或多个缺陷。
【专利说明】
检测结构部件中的缺陷的系统和方法
技术领域
[0001] 本发明涉及检测结构部件中的缺陷的系统和方法，尤其(但非排他)地涉及用光信 号检测缺陷的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 在建筑物、飞机、轮船或任意其他机器或设备的构造中使用的结构部件或许会具 有肉眼不易看到的内部或界面缺陷。在许多情况中，这些缺陷会影响这些结构部件的强度 或负荷容差，因此需要在任何结构部件投入使用之前识别在这些结构部件中的这些缺陷。
[0003] 虽然现有各种用于识别任何特定结构中的缺陷的方法，但是这些方法是低效或昂 贵的，因为在任何建设或维护项目中扫描缺陷所使用的时间通常是宝贵的资源。除了这些 困难，已经使用的结构部件(包括已经被固定在具体位置的那些结构部件)或许不容易被移 动或接近以进行分析。
【发明内容】
[0004] 根据本发明的第一方面，提供一种检测结构部件中的缺陷的方法，包括以下步骤：
[0005] 通过向结构部件施加激励信号来激励所述结构部件；
[0006] 向被激励的结构部件施加光信号，并捕获由被激励的结构部件对所施加光信号的 反射形成的反射光信号；以及
[0007] 处理所述反射光信号以确定所述结构部件中的一个或多个缺陷。
[0008] 在所述第一方面的实施方式中，所述反射光信号受到所述结构部件的特性的影 响。
[0009] 在所述第一方面的实施方式中，所述结构部件的特性包括被安排成受所述激励信 号影响的激励特性。
[0010]在所述第一方面的实施方式中，所述结构部件中的缺陷被安排成变更所述结构部 件的所述激励特性。
[0011]在所述第一方面的实施方式中，所述激励特性被安排成影响所述反射光信号。 [0012]在所述第一方面的实施方式中，所述结构部件的缺陷被安排成变更所述结构部件 的所述激励特性。
[0013] 在所述第一方面的实施方式中，所述处理所述反射光信号以确定所述结构部件的 一个或多个缺陷的步骤包括将所述反射光信号与和无缺陷结构部件相关联的预定无缺陷 信号进行比较。
[0014] 在所述第一方面的实施方式中，所述预定无缺陷信号通过用所述激励信号对所述 无缺陷结构部件进行激励、向被激励的无缺陷结构部件施加所述光信号以及捕获由所述无 缺陷结构部件对所施加光信号的反射形成的反射光信号来确定。
[0015] 在所述第一方面的实施方式中，所述处理所述反射光信号的步骤还包括向所述反 射光信号施加转换函数的步骤。
[0016] 在所述第一方面的实施方式中，所述转换函数被安排成将所述反射光信号从时域 转换到频域中。
[0017] 在所述第一方面的实施方式中，所述转换函数是快速傅里叶转换(FFT)函数。
[0018] 在所述第一方面的实施方式中，所述捕获所述反射光信号的步骤包括对所述反射 光信号进行滤波。
[0019] 在所述第一方面的实施方式中，所述对所述反射光信号进行滤波的步骤包括从所 述反射光信号中移除环境光。
[0020] 在所述第一方面的实施方式中，所述光信号是放大的光信号。
[0021] 在所述第一方面的实施方式中，所述光信号是宽射线光信号。
[0022] 在一些示例中，宽射线光信号可以包括可以具有宽光谱的任何光信号，包括太阳 光、白炽灯光、LED光等。
[0023]在所述第一方面的实施方式中，所述激励信号是白噪声信号。
[0024] 根据本发明的第二方面，提供一种检测结构部件中的缺陷的系统，包括：
[0025] 激励设备，用于通过向结构部件施加激励信号来激励所述结构部件；
[0026 ]光源，用于向被激励的结构部件施加光信号；
[0027]光学接收器，用于捕获由所述被激励的结构部件对所施加光信号的反射形成的反 射光信号；以及
[0028]处理器，用于处理所述反射光信号以确定所述结构部件中的一个或多个缺陷。 [0029]在所述第二方面的实施方式中，所述反射光信号受到所述结构部件的特性的影 响。
[0030] 在所述第二方面的实施方式中，所述结构部件的特性包括被安排成受所述激励信 号影响的激励特性。
[0031] 在所述第二方面的实施方式中，所述结构部件中的缺陷被安排成变更所述结构部 件的所述激励特性。
[0032] 在所述第二方面的实施方式中，所述激励特性被安排成影响所述反射光信号。 [0033]在所述第二方面的实施方式中，所述结构部件的缺陷被安排成变更所述结构部件 的所述激励特性。
[0034] 在所述第二方面的实施方式中，所述处理器还用于将所述反射光信号与和无缺陷 结构部件相关联的预定无缺陷信号进行比较以确定所述结构部件中的所述一个或多个缺 陷。
[0035] 在所述第二方面的实施方式中，所述预定无缺陷信号通过用所述激励信号对所述 无缺陷结构部件进行激励、向被激励的无缺陷结构部件施加所述光信号以及捕获由所述无 缺陷结构部件对所施加光信号的反射形成的反射光信号来确定。
[0036] 在所述第二方面的实施方式中，所述处理器还用于用针对所述反射光信号的转换 函数来处理所述反射光信号。
[0037]在所述第二方面的实施方式中，所述转换函数被安排成将所述反射光信号从时域 转换到频域中。
[0038]在所述第二方面的实施方式中，所述转换函数是快速傅里叶转换(FFT)函数。
[0039]在所述第二方面的实施方式中，所述光学接收器包括用于对所述反射光信号进行 滤波的滤波器。
[0040] 在所述第二方面的实施方式中，所述滤波器用于从所述反射光信号中移除环境 光。
[0041] 在所述第二方面的实施方式中，所述光信号是放大的光信号。
[0042] 在所述第二方面的实施方式中，所述光信号是宽射线光信号。
[0043] 在所述第二方面的实施方式中，所述激励信号是白噪声信号。
[0044]在所述第二方面的实施方式中，所述光源包括多个光发射设备，每个所述光发射 设备用于照射所述结构部件的表面部分。
[0045] 在所述第二方面的实施方式中，所述光学接收器包括多个光接收器，每个所述光 接收器用于从所述多个光发射设备中的每个所述光发射设备接收反射信号。
[0046] 在所述第二方面的实施方式中，所述多个光接收器中的每个光接收器与所述多个 光发射设备中的每个光发射设备相关联。
[0047] 在所述第二方面的实施方式中，所述光学接收器包括多个光接收器，每个所述光 接收器用于从反射宽射线光信号的所述结构部件接收反射信号。
[0048]在所述第二方面的实施方式中，所述宽射线光信号由宽射线光源发射。
[0049]在本发明的第二方面的实施方式中，所述处理器还用于处理所述反射光信号的强 度变化。
[0050]在本发明的第二方面的实施方式中，所述处理器不处理所述反射光信号的多普勒 频移。
【附图说明】
[0051 ]现在通过示例的方式并结合附图来描述本发明的实施方式，其中：
[0052]图IA是示出了根据本发明一种实施方式的用于检测结构部件中的缺陷的系统的 框图；
[0053]图IB是反射光信号的一系列图形表不；
[0054]图2是示出了用于检测结构部件中的缺陷的系统的另一实施方式的框图；
[0055]图3是示出了用于检测结构部件中的缺陷的系统的另一实施方式的框图；
[0056]图3A是示出了用于检测结构部件中的缺陷的系统的另一实施方式的框图；
[0057] 图3B是示出了用于检测结构部件中的缺陷的系统的又一实施方式的框图；
[0058] 图4是图1的系统的光学接收器的示例的接线图；
[0059]图5是由用于检测结构部件中的缺陷的系统的实施方式所分析的结构部件的样品 的图示；
[0060] 图6是用于检测结构部件中的缺陷的系统的照片；
[0061] 图7A是在将激光用作光源时由图6的系统所捕获的反射光信号的图形表示；
[0062] 图7B是关联的样品检测区域反射的图7A的反射光信号的图表;以及
[0063]图8是在将散射光源用作光源时由图6的系统捕获的反射光信号的图形表示。
【具体实施方式】
[0064]在不希望受理论约束的情况下，本发明的发明人通过他们的研究、试验和实验发 现，如果某结构(如建筑物、设备、机器或车辆的部件、零件或一部分且在开放区域中在声学 上是理想的结构部件)受到白噪声激励，则该结构所经历的随之而来的振动将在每个频率 处具有相等的能量并因此将再现附带的白噪声。
[0065] 然而，实际上，所有的物体都具有一组谐振模式，因此经历激励的结构的频率响应 不是平坦的。相反，除了因诸如阻尼之类的效应引起轻微的频移之外，频率响应中的尖峰对 应于物体的谐振频率。
[0066] 表面的振动导致表面法线呈现周期性变化。继而，表面法线的这些周期性变化促 使反射射线在振动时以相同频率汇聚与发散，从而产生携带关于表面振动的信息的幅度调 制的反射射线。通过利用光电二极管电路或任何其他源捕获该反射光，该反射光能够由数 据记录器放大和收集为电压信号。这继而能够被分析以确定表面的振动是否具有无缺陷的 结构部件的特性或者表面法线的振动显示其中存在着缺陷。
[0067] 参照图1A，提供了示出了用于检测结构部件中的缺陷的系统100的实施方式的框 图，该系统包括:激励设备104,用于通过向结构部件102施加激励信号104S来激励所述结构 部件102;光源106,用于向被激励的结构部件102施加光信号106L;光学接收器108,用于捕 获由所述被激励的结构部件103对所施加光信号106L的反射形成的反射光信号108R;以及 处理器110，用于处理所述反射光信号106L以确定所述结构部件中的一个或多个缺陷。
[0068] 在该实施方式中，系统100包括激励设备104,该激励设备用于向正被分析或检查 缺陷的结构部件102传递信号或脉冲形式的激励能量104S。在一些示例中，激励设备104可 以是音频扬声器，该音频扬声器能够被控制以传递声音作为激励能量104S。优选地，在音频 扬声器用作激励设备104的这些示例中，音频扬声器被控制以传递白噪声信号从而在听觉 上激励结构部件102。应当理解，术语激励设备可以不必为特定的设备、机械装置或布置，因 为激励信号能够采取许多形式。在一些示例中，激励设备还可以是接触振动器、物理敲击机 构、提供电磁感应的设备、提供光声效应的设备、压电机构，这些都能够产生激励信号。另 外，环境效应如源自环境或周边区域所产生的环境噪声、或由被测物体自身产生的振动也 可以是合适的激励信号，并且因此，在这些实施方式中的一些实施方式中，环境效应或来自 物体自身的激励源也将被包括在术语激励设备中。
[0069] 一旦结构部件102被激励设备104所激励，光源106就之后用于向被激励的结构部 件102传递光信号106L。在该示例中，光信号106L可以是诸如激射线或宽射线（broad-beamed)光信号的光射线或信号，诸如太阳光或来自LED光源的光。应当理解，光信号106L的 示例还可以包括位于可见光光谱之外的电磁波或信号，包括但不局限于红外（IR)光或紫外 (UV)光。光源106可以是用于传递诸如激光之类的放大光信号的直射与放大光源。虽然在一 些实施方式中可以使用其他形式的光源，包括诸如泛光灯、LED或甚至太阳光之类的宽射线 光源。一旦光信号106L到达结构部件102的表面，该光信号106L就可以之后从结构部件102 的表面反射形成反射光信号108R并继而被光学接收器108捕获以由处理器110处理来确定 在结构部件102中是否存在任何缺陷。
[0070] 在一个实施方式中，处理器110用于通过将反射信号108R与无缺陷结构部件的预 定反射信号进行比较来处理反射信号108R。在这些情况中，由于结构部件102的振动特性， 如果在结构部件102中存在任何缺陷，则该缺陷结构部件的振动特性应当与无缺陷结构部 件的振动特性不同。由于振动特性将改变反射光信号108R，所以在一些示例中，处理器110 能够通过将所捕获的光信号与无缺陷结构部件的预定样本集进行比较来识别反射光信号 108R是否具有缺陷结构部件。
[0071]优选地，一旦反射光信号108R被光学接收器108捕获，就可以将信号传送给处理器 110进行处理。光学接收器108可以通过接口与计算机系统的处理器110的总线连接，以处理 接收到的反射光信号108R。在一个实施方式中，光学接收器108能够经由音频输入(诸如扩 音器输入或USB输入)连接到计算机。在该实施方式中，接收到的反射光信号108R能够之后 作为音频信号被光学接收器108输入到计算机中，并继而，该音频信号能够之后由音频处理 软件处理。
[0072]反射光信号108R的处理步骤还可以包括用转换方法将反射信号108R从时域转换 到频域，所述转换方法诸如(但不局限于)快速傅里叶转换(Fast Fourier Transform，FFT) 方法。这继而将产生调制信号，以便结构部件102的振动模式能够通过在频谱上定位信号图 中的峰值进行识别。
[0073] 参照图1B，示出了检测结构部件中的缺陷的系统的工作原理的示例。如图IB(I)所 示，当诸如来自激光或任何其他光源106的射线120被直射向样本结构部件102的表面上时， 该射线被反射离开样本结构部件的表面。然而，当结构部件102被激励信号激励时，该结构 部件的表面可以振动，以便该表面或者该表面的至少一部分在相对于该结构部件的未激励 状态而言的不同位置诸如凹陷位置、正常位置和凸起位置中进行振动，虽然其他类型的振 动模式是可能的。这在图IB(I)的t(0)、t(l)和t(2)绘图中示出。
[0074] 由于表面会因激励信号导致的结构部件的振动而处于凹陷（t0)、常态(tl)和凸起 (t2)状态，所以如图所示的反射信号120R将因此在这些信号被反射时因光信号的组合(或 缺乏组合、或组合与缺乏组合之间的范围）而出现强度的交替。因此在被捕获和测量时，反 射信号将随着时间而出现强度的变化，如图IB(II)所示的。
[0075] 一旦获得反射光信号的强度相对于时间的值，就可以用转换方法(诸如FFT)来处 理反射光信号120R，以将该信号从时域转换到频域。如此，转换后的信号能够用来识别转换 后信号中的具体频率峰值122,如图IB(III)中所示的。这些频率峰值或谐振可以主要由 Kirchof f-Love薄板理论进行管理。因此，作为一个示例，对于夹支方板而言：
[0076:
[0077]即：基谐模CX !/缺陷面积
[0078] 由于已知缺陷的谐振频率(f)与平面表面上缺陷的面积(A)成反比，所以该系统能 够通过获得振动的频率来估计缺陷的面积。
[0079] 而且，对于所述一组谐振模式(η)为线性的的隔间缺陷（cubicle defect)而言，缺 陷的谐振频率(f)与缺陷的深度(d)反比，并因此能够因缺陷的面积而从谐振频率解耦以估 计缺陷的深度。
[0080]本发明的一些实施方式的优势在于，与激光多普勒振动测量（Laser Doppler Vibr〇metry，LDV)系统相比，所测量的反射光信号的性质是非常不同的。这是因为本发明的 一些实施方式对反射光信号进行分析以获得强度变化而非反射光信号的频率或多普勒频 移(Doppler shift)。因此，本发明一些实施方式的基本物理机制与类似于LDV系统的其他 系统非常不同。因此，在一个方面中，由于本发明的一些实施方式执行千赫兹范围内的反射 光信号的测量，所以实施本发明实施方式的成本比较其他测量兆赫兹甚至千兆赫兹范围内 的信号的其他系统的成本低。
[0081]参照图2,示出了使用诸如激光106之类的直射光源来检测结构部件102中的缺陷 的系统200的示例性实施方式。在该实施方式中，激光106用于指向结构部件102的单个点， 以检测该单个点处结构部件102中的缺陷。
[0082]如图2所示，在该示例中，当结构部件102的表面上的点被激光106照射106L时，该 结构部件102被来自声音激励设备104的白噪声或任何其他合适的激励信号所声音激励，该 结构部件可以是纤维加强聚合物（Fibre-reinforced Polymer ,FRP)粘结混凝土板件 (bonded concrete slab)且具有人造的界面缺陷。应当指出的是，除了为白噪声之外，激励 信号还可以是频率扫描、声脉冲(ping)或可以是任何其他合适的激励信号。在一些示例中， 激励信号可以具有用频率的任何线性组合生成的特性。
[0083]在该示例性实施方式中，高光反射可能足够强，并因此光接收器108可以不需要透 镜系统。然而，当反射不够强时，透镜系统会有助于捕获反射光信号。优选地，准直器202可 以用来隔离反射光信号108R中由环境光造成的低频噪声。
[0084]如之前的图IB(I)所示的，在该示例性实施方式中，FRP的表面通过交替地聚焦和 发散反射光108R而作用为柔性镜子的角色。继而，这将关于被激励结构部件102的表面机械 振动的信息编码到调幅(amp I i tude-modulated，AM)光信号中。该信号在被反射时由光检测 器108捕获，在一个不例中，该光检测器可以被实施为光电二极管。
[0085] 一旦反射信号108R被捕获，发光的幅度调制就在后处理204中被转换到频域中。如 此，如果在结构部件102的表面下面存在界面缺陷，该表面就将呈现与未受损伤或无缺陷结 构部件表面不同的频率响应。通过分析该频率响应，就能够从频谱中推断出缺陷的尺寸和 损伤程度。
[0086] 参照图3，示出了检测结构部件中的缺陷的系统300的另一实施方式。在该实施方 式中，诸如太阳光、泛光灯、LED阵列或任意其他光源之类的宽射线光源306可以用来产生并 向结构部件102直射光射线。由于该光源是宽射线光源，所以本发明的该示例性实施方式用 于同时检测大面积上的多个缺陷。
[0087] 在该示例性实施方式中，光学接收器108可以是光传感器阵列，用于获得被检查的 被激励（104)结构部件102的整个区域上的振动活动的图像。如此，就可以同时捕获与多个 缺陷相关联的多个振动特征。
[0088] 一旦反射信号被捕获，该信号就可以进一步由转换方法302进行处理204以将该信 号从时域转换到频域，以便多个峰值304(如果有的话)可以被观察到。这些频率峰值304反 映了正被分析的结构部件的零件的振动特征，并且之后能够与无缺陷结构部件的振动特征 进行比较以识别该结构部件102上是否有任何缺陷。
[0089]参照图3A，示出了检测结构部件中的缺陷的系统301的另一可能的实施方式。在该 实施方式中，如图2所示的光源106可由诸如LED或激光阵列或矩阵之类的多个光源106M所 替换，该多个光源用于将多个光信号106LM射向结构部件102的表面。继而，多个光接收器 108M可由用于接收从结构部件102反射的多个反射光信号108RM。这样，多个光源中的每个 光源(例如，所述阵列或矩阵中的每个LED或激光或任何单独的光源)可以具有用于接收特 定光源的反射光的相应光接收器。
[0090] 一旦多个光接收器108M中的每个光接收器接收了特定光源的反射信号108RM，之 后就可以根据上面参照图2和3描述的后处理示例来处理204每个反射信号。在该示例中，通 过具有多个光源106M和光接收器108M，能够非常快速地执行对结构部件102的表面区域的 准确分析。因此，如果多个光源和光接收器被布置成阵列或如图3A所示的二维矩阵的形式， 则能够同时分析一行或二维表面区域，并因此提高分析大表面区域的速度。
[0091] 在另一示例性实施方式中，多个光源106M可以各自单独地、组合地或全部整体地 具有明显不同的光谱，以由光接收器区分这些光源。
[0092] 在用于检测缺陷的系统的又一示例性实施方式中，该系统可以用多个光源(诸如 如图3A所示的LED或激光阵列或矩阵）以及如图2所示的单个光接收器108来实施。在该示例 性实施方式中，多个光源可以照射结构部件102的整个表面或一部分表面，同时允许反射信 号被单个光接收器108所接收。作为上面描述的其他实施方式中的情况，接收到的光信号能 够之后被处理以识别具体的缺陷。
[0093] 在该示例中，如果能够检测到任何缺陷，则可以之后执行在图2所示的一个实施方 式中描述的单点分析以识别缺陷的准确位置。该实施方式的优势在于，能够同时执行多点 分析，从而提高检测特定结构部件中的缺陷的效率。而且，仅使用单个光接收器的成本也大 大减小了，因为该系统能够被明显简化。
[0094] 参照图3B，示出了检测结构部件中的缺陷的系统301B的另一实施方式。在该实施 方式中，该系统301B用类似于图3A所示的多个光接收器108M的多个光接收器108M来实施， 但是相反地，来自结构部件的接收反射光信号源自宽射线光源306,诸如太阳光、泛光灯或 LED。就这一点而言，单独光源与多个光接收器108M中的每个光接收器之间没有关联。该实 施方式也是有益的，因为相对于使用单个反射光接收器而言，能够快速地分析结构部件的 大表面区域。
[0095] 应当指出的是，术语"光信号"或形成"光源"的任何信号可以包括任何光信号，诸 如参照图1至3A描述的可见光。还应当指出的是，这里使用的术语"光信号"将包括电磁光谱 中的任何电磁波，包括但不局限于红外或X射线或任何其他波信号，它们提供了结构部件 108的表面的振动能够调制指向结构部件108的表面的信号的强度。因此，术语"光源"可以 包括能够发射或提供任何这种信号的任何源。
[0096]参照图4,提供用于从正被分析的结构部件接收反射光信号的光接收器400的基本 接线图。如该示例中所示，接收器400包括光检测部分402、电容耦合404、信号放大电路406 和电源噪声隔离功能408,以接收并放大反射光信号以用于进一步的处理。
[0097]在该示例性实施方式中，光检测部分402包括光电二极管412,以从被激励的结构 部件接收反射光信号。一旦反射光信号被接收，该信号就被经由电容耦合404传送给信号放 大器电路。放大器电路406包括放大器410,诸如AD8429低噪声放大器410能够用来对来自用 于接收反射光信号的光敏光电二极管412的信号进行放大。还可以提供噪声隔离功能408， 以便由低亮度或环境光导致的噪声可以在该信号被处理之前从该信号中移除。还可以使用 电阻器与光电二极管与放大器之间的电容耦合进行电通信，以避免电荷积聚在电容耦合 中。
[0098] 参照图5至8,示出了由用于检测缺陷的系统600的实施方式来分析结构部件500的 样品的实验过程和示例性结果。在该实施方式中，结构部件500的样品（诸如图5中所示的那 些样品）被布置成具有多个具有特定尺寸的缺陷502A至I，如图5所示。
[0099] A = 37.5x 37.5x 10
[0100] B = 37.5x 37.5x 5
[0101] C = 50x 50x 5
[0102] D = 50x 50x 10
[0103] E = 25x 25x 5
[0104] F = 25x 25x 10
[0105] G = 50x 50x 20
[0106] H=50x 50x 30
[0107] I = 50x 50x 40
[0108] 之后根据图6中所布置的系统来分析样品结构部件500(图6中被示为602)，如图6 所示，该系统将扬声器604用作激励设备，将激光606用作光源，将检测器或放大电路608用 作光学接收器，以及将具有数据获取电路的计算机610用作用于处理所捕获反射光信号的 处理器。
[0109] 操作该系统以检测样品中的缺陷的过程包括以下步骤：
[0110] 1、将激光606 (例如，532nm激光)指向样品602;
[0111] 2、将扬声器604放在样品602的前面；
[0112] 3、将光检测器608放在样品602的激光反射路径中（用于使得信噪比最大化）；
[0113] 4、启动反射光强度的数据获取610。如果该步骤在没有激励的情况下执行，则所获 取的数据能够用作用于以后噪声移除的噪声印记；以及
[0114] 5、播放声音激励（102dB的白噪声(SPL))并重复该过程以获得数据结果。
[0115]参照图7A，示出了在已经用FFT转换方法对反射光信号进行处理以将该信号从时 域转换到频域之后的反射光信号的图示。该图示示出了与特定缺陷相关联的特定峰值。这 些包括：
[0116] 带圆圈的峰值是50x50mm2缺陷的振动模式；
[0117] 三角形峰值是37.5x37.5mm2缺陷的振动模式；以及
[0118] 方形峰值是25x25mm2缺陷的振动模式。
[0119] 根据从这些结果中能够观察到的趋势，能够观察到：
[0120] 缺陷越大，反射光信号的频率将具有低频但将具有更大的幅度；以及
[0121] 如图7B中所示的，振动的基谐模的频率遵从缺陷面积的缩放规律(请见等式1，用 于方形夹板的经典板理论(Kirchoff-Love plate theory))。
[0122] 参照图8,示出了将太阳光用作光学光源时转换后的反射光信号的图形。在该实施 方式中，激励信号再次是处于不同响度水平的白噪声，所述响度水平包括：
[0123] -XL=103dB(SPL)
[0124] -L=IOOdB(SPL)
[0125] -M = 95dB(SPL)
[0126] -S = 90dB(SPL)
[0127]在该示例中，结果是来自不同缺陷的振动模式彼此叠加。尽管如此，如图8所示的 能够被识别的频率峰值也示出了以下缺陷面积：
[0128]带圆圈的峰值是50x50mm2缺陷的振动模式；
[0129]三角形峰值是37.5x37.5mm2缺陷的振动模式；以及 [0130]长方形/正方形峰值是25x25mm2缺陷的振动模式。
[0131] 本发明的实施方式的优势在于，该系统能够分析结构部件，但不需要与该结构部 件相接触。这将意味着，该系统能够分析结构部件，即使该结构部件处于难于接触的位置 中。另外，由于被分析的表面可以不负荷质量，所以分析精度不会因任何物理接触而被折 衷。
[0132] 虽然不需要，但是参照附图描述的实施方式能够被实施为由开发者使用或能够被 包括在其他软件应用（诸如终端或个人计算机操作系统或便携式计算机设备操作系统）中 的应用编程接口（API)或一系列库。通常，由于程序模块包括有助于特定功能的执行的例行 程序、程序、对象、组件和数据文件，所以本领域技术人员将理解，软件应用的功能可以分布 在多个例行程序、对象或组件上以实现这里期望的相同功能。
[0133] 本领域技术人员将意识到，在不背离被宽泛描述的本发明的精神或范围的情况 下，可以对本发明做出多种变形和/或修改，如在【具体实施方式】中所示出的那样。因此，本发 明的实施方式在所有方面中都被认为是说明性的而非限制性的。
[0134] 对这里包含的现有技术的任何引用将不被认为是承认该信息是公知常识，除非以 其他方式明确指出。
【主权项】
1. 一种用于检测结构部件中的缺陷的方法，该方法包括以下步骤： 通过向结构部件施加激励信号来激励所述结构部件； 向被激励的结构部件施加光信号，并捕获由被激励的结构部件对所施加光信号的反射 形成的反射光信号；以及 处理所述反射光信号以确定所述结构部件中的一个或多个缺陷。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述反射光信号受到所述结构部件的特性的影 响。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述结构部件的特性包括被布置成受到所述激励 信号影响的激励特性。4. 根据权利要求3所述的方法，其中，所述结构部件中的缺陷被布置成变更所述结构部 件的所述激励特性。5. 根据权利要求4所述的方法，其中，所述激励特性被布置成影响所述反射光信号。6. 根据权利要求5所述的方法，其中，所述结构部件中的缺陷被布置成变更所述结构部 件的所述激励特性。7. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理所述反射光信号以确定所述结构部件的 一个或多个缺陷的步骤包括将所述反射光信号与和无缺陷结构部件相关联的预定无缺陷 信号进行比较。8. 根据权利要求7所述的方法，其中，所述预定无缺陷信号通过用所述激励信号对所述 无缺陷结构部件进行激励、向被激励的无缺陷结构部件施加所述光信号以及捕获由所述无 缺陷结构部件对所施加光信号的反射形成的反射光信号来确定。9. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述处理所述反射光信号的步骤还包括向所述反 射光信号进行转换函数的步骤。10. 根据权利要求9所述的方法，其中，所述转换函数被安排成将所述反射光信号从时 域转换到频域中。11. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述转换函数是快速傅里叶函数。12. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述捕获所述反射光信号的步骤包括对所述反 射光信号进行滤波。13. 根据权利要求12所述的方法，其中，对所述反射光信号进行滤波的步骤包括从所述 反射光信号中移除环境光。14. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述光信号是放大光信号。15. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述光信号是宽射线光信号。16. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述激励信号是白噪声信号。17. -种检测结构部件中的缺陷的系统，包括： 激励设备，用于通过向结构部件施加激励信号来激励所述结构部件； 光源，用于向被激励的结构部件施加光信号； 光学接收器，用于捕获由所述被激励的结构部件对所施加光信号的反射形成的反射光 信号；以及 处理器，用于处理所述反射光信号以确定所述结构部件中的一个或多个缺陷。18. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述反射光信号受到所述结构部件的特性的影 响。19. 根据权利要求18所述的系统，其中，所述结构部件的特性包括被布置成受到所述激 励信号影响的激励特性。20. 根据权利要求19所述的系统，其中，所述结构部件中的缺陷被布置成变更所述结构 部件的所述激励特性。21. 根据权利要求20所述的系统，其中，所述激励特性被布置成影响所述反射光信号。22. 根据权利要求21所述的系统，其中，所述结构部件的缺陷被布置成变更所述结构部 件的所述激励特性。23. 根据权利要求22所述的系统，其中，所述处理器还用于将所述反射光信号与和无缺 陷结构部件相关联的预定无缺陷信号进行比较以确定所述结构部件中的所述一个或多个 缺陷。24. 根据权利要求23所述的系统，其中，所述预定无缺陷信号通过用所述激励信号对所 述无缺陷结构部件进行激励、向被激励的无缺陷结构部件施加所述光信号以及捕获由所述 无缺陷结构部件对所施加光信号的反射形成的反射光信号来确定。25. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器还用于用针对所述反射光信号的转 换函数来处理所述反射光信号。26. 根据权利要求25所述的系统，其中，所述转换函数被安排成将所述反射光信号从时 域转换到频域中。27. 根据权利要求26所述的系统，其中，所述转换函数是快速傅里叶函数。28. 根据权利要求27所述的系统，其中，所述光学接收器包括用于对所述反射光信号进 行滤波的滤波器。29. 根据权利要求28所述的系统，其中，所述滤波器用于从所述反射光信号中移除环境 光。30. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述光信号是放大光信号。31. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述光信号是宽射线光信号。32. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述激励信号是白噪声信号。33. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述光学接收器包括多个光接收器，每个所述 光接收器用于从反射宽射线光信号的所述结构部件接收反射信号。34. 根据权利要求33所述的系统，其中，所述宽射线光信号由宽射线光源发射。35. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述光源包括多个光发射设备，每个所述光发 射设备用于照射所述结构部件的表面部分。36. 根据权利要求35所述的系统，其中，所述光学接收器包括多个光接收器，每个所述 光接收器用于从所述多个光发射设备中的每个光发射设备接收反射信号。37. 根据权利要求36所述的系统，其中，所述多个光接收器中的每个光接收器与所述多 个光发射设备中的每个光发射设备相关联。38. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器还用于处理所述反射光信号的强度 变化。39. 根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器不处理所述反射光信号的多普勒频 移。
【文档编号】G01N21/88GK105891214SQ201510901661
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年12月9日
【发明人】刘特斌, 郑天骥
【申请人】香港城市大学