基于波的能流图的损伤诊断方法和实施该方法的损伤诊断系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了基于波的能流图的损伤诊断方法和实施该方法的损伤诊断系统。该方法包括确定检测区域、使用激光脉冲照射一个网格点，在该点激发出兰姆波，三个或三个以上压电传感器接收响应信号、计算网格点的等价应变能、绘制波的能流图。该损伤诊断系统用脉冲激光装置用于产生脉冲激光束照射被测物体的探伤区域，并激发超声波；压电传感器紧贴被测物体表面；放大器接收压电传感器的电信号进行放大，A/D转换器或示波器将电信号转化为数字信号，再输入主机，主机接收电信号进行数据处理并绘制能流图，显示器对主机处理获得的能流图进行显示，主机用接口总线连接并控制脉冲激光装置。本发明的优点是：不但能确定损伤的位置，还能快速精确地识别损伤形状和大小。
【专利说明】基于波的能流图的损伤诊断方法和实施该方法的损伤诊断系统
【技术领域】
[0001]本发明属于结构损伤诊断领域，具体涉及一种基于波的能流图的损伤诊断方法和实施该方法的损伤诊断系统。
【背景技术】
[0002]目前我国的工业界中，各种老化结构的数量在飞速地增加，为使这些结构物更加安全地运行并避免能导致重大经济损失及人员伤亡事故的发生，同时为在降低运行成本的情况下保证结构物在接近或超设计寿命的情况下的安全工作，应用各种无损检测手段，对各种老化结构进行可靠性评价以及维护成为了我国生产及生活中所面临的重大课题。
[0003]目前广泛使用的各种无损检查手段包括:超声波、X射线和热成像等技术。但这些技术的检测周期较长，其检测的范围也很小。另外，这些技术的费用以及检测过程中的人为过失等原因使得这些技术不能可靠地保障结构的安全性和可靠性。为了克服上述方法的弱点，近年，许多研究者利用有些特殊种类的超声波，如兰姆波沿薄壁“结构面内方向”远距离传播的特点，提出了一些新的结构损伤诊断方法，比如开发超声波在结构物面内展开方向的时间域内传播的可视化技术，便可以非常容易的识别由结构缺陷以及损伤引起的散乱波，从而简单地确认损伤的存在。关于超声波可视化方面的研究，人们已经开发了诸如光弹法和Schlieren法等方法，但类似这样的方法只可以实现在透明介质中超声波传播的可视化，对一般金属和复合材料制造的固体结构不适用。因此这样的技术只能作为超声波研究的一种辅助手段，并不能直接应用于实际结构的损伤检测。一般而言，由于结构表面的超声波振幅在10-3mm量级，对不透明结构，在技术上完成超声波可视化存在不少困难，目前人们只能借助于价钱昂贵的激光干涉系统(Laser interferometer system)来完成这一任务。
[0004]最近日本产业技术综合研究所开发了一种利用脉冲激光扫描激发超声波并利用固定传感器接受超声波的“超声波传播的可视化”技术，该技术的一个基本而新颖的思路是利用Betti互等性原理，将激发器一接受器的信号转变为接受器一激发器的信号，从而利用脉冲激光作为波激发器并扫描，避免了传统超声波技术中接受器移动扫描的弱点。同时，接受器就变为一个虚拟的波激发器，最后变为以接受器为波源向检测区域内传播的虚拟超声波的可视化技术。该技术需要的装置有:脉冲激光装置，AE传感器、放大器、示波器、主机和显示器。脉冲激光装置用于产生脉冲激光束照射被测物体的检测区域，并激发超声波；AE传感器紧贴被测物体表面检测面外位移并将其转化为连续的电信号；放大器接收压电传感器的电信号进行放大，通过示波器将连续的电信号转化为数字信号，再输入主机；主机接收电信号进行数据处理并绘制波的传播图像；显示器对主机处理获得的波的传播图像进行显示，主机用接口总线连接并控制脉冲激光装置。但目前该技术只能确定损伤的位置，不能对损伤形状和大小进行评价。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题就是提供一种基于波的能流图的损伤诊断方法，它能实现检测区域内超声波传播的可视化，不仅能确定损伤的位置，还能快速精确地识别损伤形状和大小。本发明还提供一种实施该方法的损伤诊断系统。
[0006]本发明所要解决的技术问题是通过这样的技术方案实现的，它包括以下步骤:
[0007]1、确定检测区域，将检测区域划分成一个正方形网格；确定网格间距，网格间距应不大于被检测结构中波的半波长；
[0008]2、使用激光脉冲照射一个网格点，则在该点激发出兰姆波；在检测区域周围分布三个或三个以上压电传感器接收响应信号，并将接收到的响应信号存储在主机上；
[0009]3、计算网格点的等价应变能Y
[0010]网格点的波能量，即等价应变能Y的计算式如下:
【权利要求】
1.基于波的能流图的损伤诊断方法，其特征是:包括以下步骤: (1)确定检测区域，将检测区域划分成一个正方形网格；确定网格间距，网格间距应不大于被检测结构中波的半波长； (2)使用激光脉冲照射一个网格点，则在该点激发出兰姆波；在检测区域周围分布三个或三个以上压电传感器接收响应信号，并将接收到的响应信号存储在主机上； (3)计算网格点的等价应变能Y； (4)绘制波的能流图。
2.根据权利要求 1所述的基于波的能流图的损伤诊断方法，其特征是:在步骤(3)中，等价应变能Y的计算式如下:
3.根据权利要求1所述的基于波的能流图的损伤诊断方法，其特征是:在步骤(3)中，等价应变能Y的计算式如下:
4.根据权利要求2或3所述的基于波的能流图的损伤诊断方法，其特征是:在步骤(4)中，重复步骤(2)扫描每一个网格点，并重复步骤(3)计算出检测区域每个网格点的Y，绘制出检测区域Y的分布图。
5.根据权利要求4所述的基于波的能流图的损伤诊断方法，其特征是:在步骤(2)中，所述压电传感器为PZT压电传感器。
6.一种实施权利要求1所述方法的损伤诊断系统，包括有脉冲激光装置(3)、压电传感器(4)、放大器(5)、示波器(8)、主机(6)和显示器(7)，脉冲激光装置(3)用于产生脉冲激光束照射被测物体(1)的探伤区域(2)，并激发超声波；压电传感器、放大器、示波器与主机通过信号线连接，主机(6)用接口总线连接并控制脉冲激光装置(3)，压电传感器(4)紧贴被测物体(1)表面检测面内应变并将其转化为连续的电信号；放大器(5)接收压电传感器(4)的电信号进行放大，A/D转换器或示波器(8)将连续的电信号转化为数字信号，再输入主机(6)，其特征是:压电传感器(4)为三个或三个以上，主机(6)接收电信号、计算等价应变能Y并绘制能流图，显示器(7)对主机(6)处理获得的能流图进行显示。
7.根据权利要求6所述的损伤诊断系统，其特征是:压电传感器(4)为PZT压电传感器。
8.根据权利要求6或7所述的损伤诊断系统，其特征是:所述放大器(5)为电荷放大器。`
【文档编号】G01N29/04GK103743818SQ201410030503
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】胡宁, 刘瑶璐 申请人:重庆大学