[发明专利]基于超声Lamb波的储罐底板腐蚀检测系统及方法

权利要求书

1.基于超声Lamb波的储罐底板腐蚀检测系统，包括：上位机(1)、任意函数发生板卡(2)、功率放大器(3)、多通道切换开关(4)、检测传感器阵列、信号分离器(7)、前置放大器(8)和多通道数据采集板卡(9)；其特征在于：由上位机(1)连接控制任意函数发生板卡(2)，任意函数发生板卡(2)与功率放大器(3)相连，功率放大器(3)与多通道切换开关(4)相连，多通道切换开关(4)与信号分离器(7)相连，信号分离器(7)与检测传感器阵列及多通道数据采集板卡(9)相连，多通道数据采集板卡(9)连入上位机(1)，多通道数据采集板卡(9)将采集到的信号传输到上位机。

2.根据权利要求1所述的基于超声Lamb波的储罐底板腐蚀检测系统，其特征在于：所述的检测传感器阵列包括线型传感器阵列(5)与环型传感器阵列(6)。

3.根据权利要求1所述的基于超声Lamb波的储罐底板腐蚀检测系统，其特征在于：所述的检测传感器阵列采用电磁声传感器，信号分离器(7)与多通道数据采集板卡(9)之间连有前置放大器(8)。

4.根据权利要求1所述的基于超声Lamb波的储罐底板腐蚀检测系统，其特征在于：用于边缘板检测的线形传感器阵列(5)放置于边缘板超出管壁的部分上，超出的宽度约为10-15cm；用于中幅板检测的环型传感器阵列(6)放置于中幅板中间。

5.运用权利要求所述的基于超声Lamb波的储罐底板腐蚀检测系统的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：确定检测模态、频率及群速度：将储罐底板视为自由板，根据其厚度和材料参数，按频散方程绘制出对应的频散曲线；选取S0模态的Lamb波维检测模态，并对频率低于1MHz的S0模态各频率点的波结构进行分析；通过选取群速度频散曲线变化率缓慢的频率段来缩小波结构研究的分析范围针对该频率段的各频率点画出波结构图，选取波结构图中位移场分布在板厚方向呈直线的频率点作为检测频率f₀，最后，对应群速度频散曲线找到检测频率f₀所对应的群速度；

步骤二：将被检结构的几何形状离散化为网格，用网格的中心点坐标(x_m，y_n)代表每一个网格，其中x，y代表横向和纵向分组，m，n代表指定坐标原点后网格的横纵坐标；布置传感器阵列，边缘板的检测，采用线型布置传感器阵列，布置于壁板外侧的边缘板上，中幅板的检测，采用环型阵列，布置于板的中心位置处；测量记录阵列中每一个传感器的坐标；

步骤三：采用一种中心频率为f₀的由高斯窗调制的5周期正弦波信号经过chirp变换后的信号作为激励信号，并将传感器阵列中的传感器顺序编号为T_i，i＝1，2...n，n为该组传感器阵列中传感器的个数，其中线型阵列按从一端到另一端递增的顺序，环型阵列则在指定T₁传感器后按逆时针顺序递增；从T₁传感器开始，所有传感器依次进行激励，在每次激励过程中，全部传感器同时进行接收信号。得到原始的n×n组时域信号，每组信号为一激励接收对S_ij，角标i代表激励传感器编号，角标j代表接收传感器编号；

步骤四：对原始的检测信号进行逆变换，从chirp信号中解调有用的检测信号，即中心频率为f₀的由高斯窗调制的5周期正弦波信号在板中传播后接收到的检测信号，然后对信号进行带通滤波，得到信号矩阵H_ij；

步骤五：波的传播满足公式：l＝c_g·t其中l为波的传播距离，c_g为波的群速度，t为波的传播时间。由此可根据已知的各传感器空间位置，计算出波的传播距离，进而确定各聚焦点的时间延迟矩阵，根据延时矩阵从信号矩阵H_ij中得到对应时间点的幅值矩阵A_ij；

步聚六：坐标(x_m，y_n)代表的网格的颜色值C_mn由下式给出：

C_mn＝∑A_ij

将C_mn进一步映射为RGB或灰度值即可得到整个板的缺陷分布图像。