一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法与流程

本发明涉及裂纹检测，具体涉及一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法。

背景技术：

1、板状和管状结构目标件在众多工业和科研领域中具有广泛的应用，如航空航天、轨道交通、石油化工等领域。在这些领域中，目标件构件的安全性和可靠性对于人员和资产的保障至关重要。然而，目标件结构常常会出现一些损伤，例如焊接接头缺陷、螺栓紧固区域的裂纹、外力引起的裂纹、腐蚀、磨损等，这些损伤会导致结构失效，严重威胁设备的安全运行和人员的生命安全。因此，在生产和使用过程中，对板状和管状结构目标件的损伤检测至关重要。传统的损伤检测方法通常依赖于人工的视觉或触觉检查，或使用一些非破坏性检测技术，如磁粉检测、涡流检测等。然而，这些方法不仅存在对材料质量的要求较高、操作难度大、效率低下等问题，还无法精确地检测出微小裂纹等隐蔽缺陷，因此不能满足现代工业对损伤检测的高精度和高效率的要求。我们根据以上缺陷和不足，针对板状、管状结构目标件裂纹的检测，提出了一种基于稀疏翼阵列的调频谱相图谱法的列车转向架损伤检测方法。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：能够更好的对微小裂纹进行检测。

2、本发明要解决技术问题而采取的技术方案为：一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法，包括如下步骤：

3、s1：发出线性扫频波，接收回波，在目标件裂纹目标位置附近放置扫频波收发组件，利用扫频波收发组件根据线性调频脉冲信号发出线性扫频波，并对回波进行接收生成回波信号，发射的所述线性调制脉冲信号的频率是线性变化的；

4、s2：使用谱相图谱法对所述回波进行处理，计算裂纹目标位置的损伤处到所述扫频波收发组件的距离，对发出的所述线性调制脉冲信号和接收到的所述回波信号利用孪生积变换的方法进行处理，得到的变换波，所述变换波是定频信号，利用欧拉公式得到所述变换波实部，对所述实部进行傅里叶变换得到处理波，随后在对处理波进行计算得出距离；

5、s3：所述扫频波收发组件包括稀疏翼阵列收发装置，利用所述稀疏阵列收发装置进行信号的收发进行损伤精确定位，所述稀疏阵列收发装置为线性阵列收发装置，所述稀疏阵列收发装置包括收发机构以及定点旋转机构，所述收发机构包括三个传感器，三个所述传感器呈线性等间距排列，位于中心位置的所述传感器为收发器，所述收发器用于发出线性扫频波以及接收回波，其余两个所述传感器为接收器，所述接收器用于接收回波，所述定点旋转机构与三个传感器驱动连接用于带动三个传感器绕定点旋转机构定点进行旋转以调整收发方向，三个所述传感器连线与定点旋转机构带动三个传感器旋转形成的弧线相切；

6、s3.1：将所述稀疏翼阵列收发装置放置于裂纹目标位置附近，利用s2中所述谱相图谱法，不断调整所述收发机构的旋转角度，利用所述收发机构中位于中间位置的所述收发器测量多个距离，并记录所述多个距离中的最小值以及对应的模糊位置，所述收发器通过产生线性扫频波以及接收回波进行距离的测量；

7、s3.2：将所述稀疏翼阵列收发装置放置于模糊位置附近，在所述模糊位置附近，确定所述定点旋转机构的定点位置以及与定点位置相互对应的初始基准线，借助所述稀疏阵列收发装置绕定点进行旋转，所述收发器产生线性扫频波，并利用所述稀疏阵列收发装置中收发机构的两个接收器进行多次回波信号接收，根据两个所述接收器接收的回波信号判断两个接收器到裂纹目标位置的距离，至两个所述接收器到裂纹目标位置一致时，确定此时收发机构相对于与定点相对应的初始基准线的偏转角度；

8、s3.3：借助s2中所述谱相图谱法，利用所述收发机构中位于中间位置的收发器进行距离测量确定损伤距离，根据所述偏转角度以及损伤距离得出裂纹目标位置的精确定位。

9、作为本发明的一种优选技术方案，两个所述接收器根据接收的回波信号时间差用于判断两个接收器到裂纹目标位置是否一致，在任何时刻，两个所述接收器接收回波信号的时间差为δt，对于任意的σ＞0，均有|δt|<σ，所述接收器的数量为n个，n为偶数，n≥2，增加n的数量以提高定位的准确性，以所述收发器为基准，位于所述收发器两侧的接收器由近至远依次为第i个，相对称的两个所述接收器的时间差为δti，每个时间差所对应的权值为αi，其中n为所述收发器两边接收器个数的一半，

10、作为本发明的一种优选技术方案，所述线性调制脉冲信号为w(t)，频率为f(t)，f(t)＝f0+kt，所述回波信号为r(t)，

11、作为本发明的一种优选技术方案，所述变换波为m(t)，利用欧拉公式的到m(t)的实部，对所述实部进行傅里叶变换，得到处理波m(t)的频域表达式，表达式为其中ω0以及为常数，得到发出的扫频波和回波的频率差为δω＝ω0，在根据公式：得到扫频波收发组件距离裂纹目标位置的距离

12、作为本发明的一种优选技术方案，将所述稀疏翼阵列收发装置放置于裂纹目标位置附近，利用s2中所述谱相图谱法，不断调整所述收发机构的旋转角度，利用所述收发机构中位于中间位置的所述收发器测量多个距离，并记录所述多个距离中的最小值以及对应的模糊位置，所述最小值为dmin，对应的模糊位置为θabout，θabout～dmin＝min(d1，d2，d3，d4，……dn)。

13、作为本发明的一种优选技术方案，将所述稀疏翼阵列收发装置放置于模糊位置附近，在所述模糊位置附近，确定所述定点旋转机构的定点位置以及与定点位置相互对应的初始基准线，借助所述稀疏阵列收发装置绕定点进行旋转，所述收发器产生线性扫频波，并利用所述稀疏阵列收发装置中收发机构的两个接收器进行多次回波信号接收，根据两个所述接收器接收的回波信号判断两个接收器到裂纹目标位置的距离，位于一侧的所述接收器判断的距离为dl1，位于另一侧的所述接收器判断的距离为dr1，至两个所述接收器到裂纹目标位置一致时，即dl1＝dr1，确定此时收发机构相对于与定点相对应的初始基准线的偏转角度记录为完美位置，偏转角度为θperfect。

14、作为本发明的一种优选技术方案，利用所述收发机构中位于中间位置的收发器进行距离测量确定损伤距离，损伤距离为dfianl，根据所述偏转角度以及损伤距离得出裂纹目标位置的精确定位，精确定位为l(θperfect，dfinal)。

15、本发明的有益效果体现在：

16、1、通过设置收发器从而用于产生线性扫频波，同时对回波进行接收，通过设置接收器，从而对回波进行接收，通过谱相图谱法对所述回波进行处理，以便计算裂纹目标位置的损伤处到接收器的距离，通过先进行多次距离的测量得出的结论，从而判断模糊位置，随后将稀疏翼阵列收发装置移动至模糊位置再次进行测量，从而得出裂纹目标位置的精确定位，通过上述方式，通过提高回波信号幅度，从而能够更加准确的对裂纹目标位置进行定位。

技术特征：

1.一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法，其特征在于：所述线性调制脉冲信号为w(t)，频率为f(t)，f(t)＝f0+kt，所述回波信号为r(t)，

4.根据权利要求3所述的一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法，其特征在于：所述变换波为m(t)，利用欧拉公式的到m(t)的实部，对所述实部进行傅里叶变换，得到处理波m(t)的频域表达式，表达式为其中ω0以及为常数，得到发出的扫频波和回波的频率差为δω＝ω0，在根据公式：得到扫频波收发组件距离裂纹目标位置的距离

5.根据权利要求4所述的一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法，其特征在于：将所述稀疏翼阵列收发装置放置于裂纹目标位置附近，利用s2中所述谱相图谱法，不断调整所述收发机构的旋转角度，利用所述收发机构中位于中间位置的所述收发器测量多个距离，并记录所述多个距离中的最小值以及对应的模糊位置，所述最小值为dmin，对应的模糊位置为θabout，θabout～dmin＝min(d1，d2，d3，d4，……dn)。

6.根据权利要求5所述的一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法，其特征在于：将所述稀疏翼阵列收发装置放置于模糊位置附近，在所述模糊位置附近，确定所述定点旋转机构的定点位置以及与定点位置相互对应的初始基准线，借助所述稀疏阵列收发装置绕定点进行旋转，所述收发器产生线性扫频波，并利用所述稀疏阵列收发装置中收发机构的两个接收器进行多次回波信号接收，根据两个所述接收器接收的回波信号判断两个接收器到裂纹目标位置的距离，位于一侧的所述接收器判断的距离为dl1，位于另一侧的所述接收器判断的距离为dr1，至两个所述接收器到裂纹目标位置一致时，即dl1＝dr1，确定此时收发机构相对于与定点相对应的初始基准线的偏转角度记录为完美位置，偏转角度为θperfect。

7.根据权利要求6所述的一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法，其特征在于：利用所述收发机构中位于中间位置的收发器进行距离测量确定损伤距离，损伤距离为dfianl，根据所述偏转角度以及损伤距离得出裂纹目标位置的精确定位，精确定位为l(θperfect，dfinal)。

技术总结
本发明公开了一种基于稀疏翼阵列调频谱相图谱法的损伤检测方法，属于裂纹检测技术领域，包括如下步骤：发出线性扫频波，接收回波；使用谱相图谱法对回波进行处理，谱相图谱法主要过程包括孪生积变换、傅里叶变换，可以较为精准地得到扫频波和回波的频率差，从而计算损伤处到扫频波收发组件的距离；利用扫频波收发组件即稀疏翼阵列接收装置进行损伤精确定位，此装置首先能大致确定目标方位，然后再根据成对的接收器进行损伤裂纹的精确定位，本发明能有效提高回波信号幅度，从而得到更精确的距离和位置，实用性较高。

技术研发人员：蔡国强
受保护的技术使用者：江苏必得科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15