實(shí)驗(yàn)名稱：激光和壓電傳感器密集型矩形陣列成像質(zhì)量的比較分析

研究方向：Lamb波、無損檢測、缺陷成像和定位

測試目的：

將密集型矩形陣列分別與壓電傳感器檢測技術(shù)和激光檢測技術(shù)相結(jié)合，利用幅值成像和符號(hào)相干因子成像實(shí)現(xiàn)對鋁板結(jié)構(gòu)中模擬缺陷的準(zhǔn)確定位，并比較分析壓電傳感器檢測技術(shù)和激光超聲檢測技術(shù)的成像質(zhì)量。

測試設(shè)備：ATA-2041功率放大器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字示波器、壓電傳感器陣列

圖：密集型矩形壓電傳感器陣列實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)過程：

圖2：密集型矩形壓電傳感器陣列成像

實(shí)驗(yàn)中搭建密集型矩形壓電傳感器陣列實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，根據(jù)采集方法，可采集到240組數(shù)據(jù)。為了降低其他頻率的干擾，對采集到的陣列信號(hào)進(jìn)行連續(xù)小波變換提取頻率40kHz下的信號(hào)。為了消除鋁板表面不一致等外界環(huán)境的影響，對連續(xù)小波變換后的信號(hào)進(jìn)行歸一化處理，利用幅值成像和符號(hào)相干因子成像方法對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，結(jié)果如圖2所示，其中，圖中白色圓圈代表缺陷位置，白色圓點(diǎn)代表陣元點(diǎn)。

通過壓電傳感器陣列缺陷定位成像結(jié)果可知，將密集型矩形壓電傳感器陣列和幅值成像算法、符號(hào)相干因子成像算法相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)鋁板中模擬缺陷的定位。幅值成像與符號(hào)相干因子成像結(jié)果相比，符號(hào)相干因子成像能夠提高分辨率和信噪比，同時(shí)抑制旁瓣和柵瓣，使得成像結(jié)果幾乎沒有贗像。

圖3：密集型矩形激光超聲傳感器陣列成像

搭建激光超聲傳感器陣列實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置由激光超聲檢測系統(tǒng)和被檢對象鋁板組成。與壓電傳感器陣列采集的數(shù)據(jù)量相同，對采集到的陣列信號(hào)進(jìn)行連續(xù)小波變換提取頻率40kHz下的信號(hào)，并進(jìn)行歸一化處理，利用幅值成像和符號(hào)相干因子成像方法對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行成像，結(jié)果如圖3所示，其中，白色圓圈代表缺陷位置，白色圓點(diǎn)代表陣元點(diǎn)。

通過激光超聲傳感器陣列缺陷定位成像結(jié)果可知，激光超聲傳感器陣列技術(shù)能夠有效地實(shí)現(xiàn)鋁板中模擬缺陷的準(zhǔn)確定位。激光超聲傳感器陣列技術(shù)具有非接觸、點(diǎn)聚焦的優(yōu)點(diǎn)，因此，與壓電傳感器陣列成像結(jié)果相比，激光超聲傳感器陣列成像結(jié)果贗像驟減，同時(shí)2種成像方法的對比度均有了較大的提高，進(jìn)而改善了成像質(zhì)量。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

通過對比圖2和圖3中2種成像結(jié)果，在閾值設(shè)定一樣的情況下，幅值成像對比度相對較高，而準(zhǔn)確度較低。符號(hào)相干因子成像方法使成像的結(jié)果更加精確。不僅使缺陷位置準(zhǔn)確識(shí)別，而且也很大程度上減少了贗像的產(chǎn)生。

1、提出了一種基于陣列數(shù)據(jù)相位差的符號(hào)相干因子成像方法，該方法能夠提高分辨率和信噪比，同時(shí)抑制旁瓣和柵瓣。

2、將壓電傳感器陣列和激光超聲傳感器陣列分別與幅值成像和符號(hào)相干因子成像相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對鋁板中缺陷的有效定位。

3、通過將壓電傳感器陣列成像結(jié)果和激光超聲陣列成像結(jié)果對比，由于耦合不均勻、接觸面積大等原因，壓電傳感器陣列成像結(jié)果出現(xiàn)大量贗像。而激光超聲陣列具有非接觸、點(diǎn)聚焦的優(yōu)點(diǎn)，其成像結(jié)果僅有少量贗像，缺陷定位更加準(zhǔn)確。

安泰ATA-2041功率放大器：

圖：ATA-2041功率放大器指標(biāo)參數(shù)

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審核編輯：湯梓紅