其中屯、頻率為275曲Z。
【具體實施方式】 [0014] 二、本與一所述的一種主動監(jiān)測金屬管 材結(jié)構(gòu)損傷的方法的區(qū)別在于，數(shù)字信號示波器為泰克DP070404C，數(shù)字信號示波器的采樣 速率不小于2. 5GS/s。
[0015] 下面結(jié)合附圖1舉例，實驗中選擇的金屬管材為石油裂化無縫鋼管，牌號為45,試 樣外圓平均直徑為60. 3mm、內(nèi)圓平均直徑為54. 6mm、平均壁厚為3. 5mm，長度為800mm，管 材長度1/3處含有通透微裂紋。
[001引實施例1 : 自聚非線性焦蘭姆波金屬管材損傷主動監(jiān)測方法，測試系統(tǒng)包括：可編程任意波形發(fā) 射器1，換能器陣列包括第一發(fā)射換能器2、第二發(fā)射換能器3、第Ξ發(fā)射換能器4和接收換 能器5,數(shù)字信號示波器6、計算機7。步驟包括： 步驟一、發(fā)射換能器激勵信號： 在被測金屬管材上布置一定數(shù)量換能器陣列第一發(fā)射換能器2、第二發(fā)射換能器3、第Ξ發(fā)射換能器4和接收換能器5,由任意波形信號發(fā)射1發(fā)出的正弦脈沖波，中屯、頻率為 275曲Z，并且同時分別加載到第一發(fā)射換能器2、第二發(fā)射換能器3、第Ξ發(fā)射換能器4,作 為激勵信號； 步驟二、信號反時序處理： 由接收換能器5接收步驟一在金屬管材介質(zhì)中超聲信號，接收換能器5將信號同步傳 輸?shù)綌?shù)字信號示波器6中，接收到的第一次波形信號在數(shù)字信號示波器6進(jìn)行顯示存儲后 傳輸?shù)接嬎銠C7,利用計算機編寫的程序并對信號進(jìn)行反時序、歸一化處理； 步驟Ξ:獲得金屬管材中的聚焦信號： 將步驟二中的反時序、歸一化處理后的信號由計算機7下載到可編程任意波形發(fā)射器 1中再次同時加載到第一發(fā)射換能器2、第二發(fā)射換能器3、第Ξ發(fā)射換能器4,作為發(fā)射信 號再次發(fā)射，在接收換能器5處接收到自聚焦蘭姆波信號，經(jīng)過反時序處理后信號使信噪 比得到增強； 步驟四：損傷識別 對步驟Ξ中的聚焦信號進(jìn)行時頻聯(lián)合分析，如圖2所示。從圖2中，可W看出，除了聲 源激勵頻率275曲Ζ外，還出現(xiàn)了新的頻率成分即Ξ次諧波810曲Ζ，而且時間是聚焦峰值出 現(xiàn)的時間。主要是因為金屬管材中裂紋的存在，使蘭姆波聚焦信號發(fā)生頻率轉(zhuǎn)換，由此可準(zhǔn) 確判斷出損傷的存在。
[0017] 本發(fā)明不局限于上述實施方式，還可W是上述各實施方式中所述技術(shù)特征的合理 組合。
[0018] 本發(fā)明的基本原理是： 本發(fā)明方法綜合利用非線性蘭姆波對管材結(jié)構(gòu)及平面結(jié)構(gòu)中缺陷或損傷的敏感性和 反時序處理的自聚焦特性，使得蘭姆波與缺陷或損傷相關(guān)的特征信號經(jīng)反時序后得到增 強，提高了信噪比，實現(xiàn)對金屬管材結(jié)構(gòu)缺陷或損傷的精準(zhǔn)識別。
[0019] 結(jié)合W下數(shù)學(xué)公式進(jìn)一步說明本發(fā)明： 當(dāng)介質(zhì)中沒有損傷時，聲波在介質(zhì)中傳播可用一維情況下的應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系來描 述，由廣義胡克定律可知 σ=R〇ε(1-Κε-δε2···) (1) 式中：R。為線性彈性模量；Κ為二階非線性彈性系數(shù)；為Ξ階非線性彈性系數(shù)。
[0020] 然而當(dāng)被測金屬管材結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)損傷時，介質(zhì)結(jié)構(gòu)中將會產(chǎn)生滯回現(xiàn)象，式（1) 將不再成立，此時R彈性模量可表示為：
式中：Κ為二階非線性系數(shù)；d為；階非線性系數(shù)，續(xù)I；話《寺沒狂(η 沒I襲g表示為滯 回介質(zhì)中應(yīng)力與應(yīng)變的關(guān)系，其中d為非線性參數(shù)，反映了金屬結(jié)構(gòu)介質(zhì)中的滯回效應(yīng)；寒 為應(yīng)變率，Δε為平均應(yīng)變幅度，如果故沁貞，則總級:獄。:I，如果搞洩，剎斜
[0021] 在經(jīng)典非線性系統(tǒng)中，非線性聲學(xué)影響會使中屯、頻率分布產(chǎn)生變化，也就是說當(dāng) 應(yīng)變幅度為Aε、頻率為ω的超聲波傳播一段距離后，產(chǎn)生頻率為2ω和3ω的高頻成分， 相對應(yīng)的應(yīng)變幅分別為（Δ〇2和（Αε) 3。然而具有滯回效應(yīng)的材料如金屬鋼管材、平面 結(jié)構(gòu)等，Ξ次諧波幅值與（Α〇2成正比，且不會出現(xiàn)二次諧波。由此可見滯回效應(yīng)表現(xiàn)為 二階效應(yīng)。
【主權(quán)項】
1. 本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種主動監(jiān)測金屬管材結(jié)構(gòu)損傷的方法，其特征在于，測 試系統(tǒng)包括：可編程任意波形發(fā)射器（1)，換能器陣列包括第一發(fā)射換能器（2)、第二發(fā)射 換能器（3)、第三發(fā)射換能器（4)和接收換能器（5)，數(shù)字信號示波器（6)、計算機（7);所 述的發(fā)射換能器陣列中第一發(fā)射換能器（2)、第二發(fā)射換能器（3)、第三發(fā)射換能器（4)和 接收換能器（5)均為同型號同材質(zhì)的可逆壓電晶體，也就是換能器中任何換能器均可以作 為發(fā)射換能器，又可以作為接收換能器，換能器陣列諧振頻率均為1. 5MHz;所述的任意波 形發(fā)射器所產(chǎn)生的波形信號是通過計算機MATLAB程序編寫的正弦猝發(fā)波其中心頻率為 275kHz;所述的數(shù)字信號示波器為泰克DP070404C，可以對接收到的波形信號實時顯示并 存儲，與計算機的連接方式以太網(wǎng)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動監(jiān)測金屬管材結(jié)構(gòu)損傷的方法，其特征在于，所述 的可編程任意波形發(fā)射器所產(chǎn)生的波形信號是通過計算機MATLAB程序編寫的正弦猝發(fā)波 其中心頻率為275kHz。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動監(jiān)測金屬管材結(jié)構(gòu)損傷的方法，其特征在于，數(shù)字 信號示波器為泰克DP070404C，數(shù)字信號示波器的采樣速率不小于2. 5GS/s。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種主動監(jiān)測金屬管材結(jié)構(gòu)損傷的方法，其特征在于，步驟 包括： 步驟一、發(fā)射換能器激勵信號： 在被測金屬管材上布置一定數(shù)量換能器陣列第一發(fā)射換能器（2)、第二發(fā)射換能器 (3)、第三發(fā)射換能器（4)和接收換能器（5)，由任意波形信號發(fā)射（1)發(fā)出的正弦波，中心 頻率為275kHz，并且同時分別加載到第一發(fā)射換能器（2)、第二發(fā)射換能器（3)、第三發(fā)射 換能器（4)，作為激勵信號； 步驟二、信號反時序處理： 由接收換能器（5)接收步驟一在金屬管材介質(zhì)中超聲信號，接收換能器（5)將信號同 步傳輸?shù)綌?shù)字示波器（6)中，接收到的第一次波形信號在數(shù)字信號示波器（6)進(jìn)行顯示存 儲后傳輸?shù)接嬎銠C（7)，并對信號進(jìn)行反時序、歸一化處理； 步驟三：獲得金屬管材中的聚焦信號： 將步驟二中的反時序、歸一化處理后的信號再次加載到發(fā)射換能器（2)、發(fā)射換能器 (3)、發(fā)射換能器（4)后，作為發(fā)射信號再次發(fā)射，在接收換能器（5)處接收到自聚焦蘭姆波 信號，經(jīng)過反時序處理后信號使信噪比得到增強； 步驟四：損傷識別 對步驟三中的聚焦信號進(jìn)行時頻聯(lián)合分析，除了聲源激勵頻率275kHz外，還出現(xiàn)了新 的頻率成分即三次諧波810kHz，而且時間是聚焦峰值出現(xiàn)的時間；主要是因為金屬管材中 裂紋的存在，使蘭姆波聚焦信號發(fā)生頻率轉(zhuǎn)換，由此可準(zhǔn)確判斷出損傷的存在。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種主動監(jiān)測金屬管材結(jié)構(gòu)損傷的方法，其特征在于，所述 自聚焦非線性蘭姆波損傷缺陷特征參數(shù)為三次諧波。
【專利摘要】一種主動監(jiān)測金屬管材結(jié)構(gòu)損傷的方法，本發(fā)明包括步驟：1)發(fā)射換能器激勵信號：在被測管材上布置一定數(shù)量換能器陣列，由信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號，并且同時加載到發(fā)射換能器陣列，作為激勵信號；2)反時序信號處理：由接收換能器接收步驟1)在介質(zhì)中超聲信號，對接收到的信號依次進(jìn)行反時序并進(jìn)行歸一化處理；3)獲自聚焦蘭姆波信號：將步驟2)中反時序后信號再次加載到相應(yīng)發(fā)射換能器陣列，作為發(fā)射信號再次發(fā)射，在接收換能器處接收到自聚焦蘭姆波信號，經(jīng)過反時序后使信噪比增強；4)缺陷損傷識別：對步驟3)中聚焦信號進(jìn)行時頻分析，找出缺陷損傷與信號變化關(guān)系。本發(fā)明用于金屬管材結(jié)構(gòu)損傷主動監(jiān)測識別。
【IPC分類】G01N29/04
【公開號】CN105403621
【申請?zhí)枴緾N201510749895
【發(fā)明人】高桂麗, 石德全, 李大勇, 董靜薇
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年11月7日