Page 66 - 无损检测2023年第十一期

胡权耀, 等:

多阵列超声导波频相联控激励下复合材料损伤聚焦成像方法

维复合材料板为对象进行试验, 试验装置示意如图
8所示。玻璃纤维复合材料板的尺寸( 长×宽×高)

为1300mm×800mm×2mm , 板的铺层顺序为

/ / ], 每层厚度为0.125mm 。试验中使用
[ 0 2 90 4 0 2 s
的压电陶瓷传感器型号为 PSN-33 , 各传感器的直径
为8mm , 厚度为0.48mm , 共布置14个相同型号

的传 感 器, 构 成 MIMO 线 性 阵 列, 阵 元 间 距 为
10mm 。以板中心为原点建立坐标系, 激励阵列中

心坐标为( 0 , 0 ), 损伤位置为( -53 , 193 ), 其极坐标
图6 玻璃纤维板中频相联控聚焦信号传播情况( 仿真)
位置为( 200mm , 75° )。
3.2 试验分析
为验证方法在工程实际中的可行性, 以玻璃纤

图7 玻璃纤维板的响应信号和损伤定位结果( 仿真)

图8 验证试验装置示意

设定激励端中心基准阵元频率 f 0 为50kHz , 的损伤散射和边界反射。此外, 串扰出现的时间恰
频率偏移分别为 -3 , -2 , -1 , 0 , 1 , 2 , 3kHz , 则各 好为信号激励的时间, 通过直达波包络峰值和串扰

阵元激励信号频率为47 , 48 , 49 , 50 , 51 , 52 , 53kHz 。 包络峰值 恰 好 可 以 计 算 不 同 频 率 下 的 波 速。对
与仿真不同的是, 发射端每个阵元单独进行一次激 49组信号进行频相联合聚焦合成, 聚焦点位置为
励, 再由接收端获取响应信号。接收阵列响应信号 ( 200mm , 75° ), 得到聚焦信号如图9 ( b ) 所示。

聚焦后, 散射信号明显, 证明该聚焦方法对于
共49 组, 分别为 TA1 至 RA1 , TA1 至 RA2 , TA1
至 RA3 ,…, TA7至 RA7 。图 9 ( a ) 所示为 RA1 到 Lamb波能量衰减大的材料有可行性, 在损伤散射
RA7接收到的未聚焦的 TA4 激励信号, 从信号图 波处 加 窗, 计 算 其 协 方 差 矩 阵 及 特 征 值, 代 入
上看, 未聚焦的响应信号包含两个较为明显的波包, MUSIC 算法, 得到损伤成像结果如图10所示。损

首波包为串扰, 由导线间的电磁感应引起, 次波包为 伤成像结果为( 197mm , 76° ), 距离误差为 3mm ,
直达波, 由于 Lamb波能量衰减过大, 并未出现明显 角度误差为1° , 估计位置与实际位置较符合。在板
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2023年 第45卷 第11期
无损检测