[发明专利]频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位方法及装置

说明书

本发明公开了一种频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位方法及装置，其中，该方法包括：在待测平板上安装Lamb波发射和接收换能器；发射换能器接入超声激励信号以发出Lamb波；接收换能器接收Lamb波，经过放大、滤波和采样获得检测数据；根据Lamb波频散曲线，分析不同模态兰姆波的时频分布特性；对基函数做多项式时频域调制和伸缩变换，构建多项式时频域基函数集合；将检测数据在基函数集合中分解得到匹配的基函数，并进行信号重构；对匹配的基函数进行溯源得到兰姆波的模态，提取基函数的瞬时频率，获得走时数据；根据相应模态的群速度，计算缺陷距离。本发明可对多模态Lamb波进行有效分解，并提供高精度的缺陷定位。

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，特别涉及一种频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位方法及装置。

背景技术

平板构件广泛应用于现代工业中。然而，结构损伤经常发生，严重威胁仪器的运行和生产的正常进行。例如，腐蚀效应将导致储罐底板的壁厚变薄，严重时可能引发石油的泄漏，从而带来危险。超声导波提供了有效的检测结构健康状况的方法。导波是可以沿特定结构长距离传播的机械波，且具有较少的能量损失。Lamb波可存在于平板构件中，其振动覆盖整个板厚范围，可用于检测平板内部和表面的缺陷。兰姆波可以通过电磁超声换能器或压电换能器产生，当Lamb波遇到传播路径中的不连续部分时，将发生反射和透射。因此接收到的反射Lamb波包含其传播路径上的健康状况。因此，通过提取接收到的Lamb波的特征，可以检测到缺陷。

然而，Lamb波具有频散和多模的特性，对信号特征提取带来影响。Lamb波的频散特性是指Lamb波的波速不是恒定的，会随着频率和平板厚度的变化而变化。由于激励信号的频率具有一定的带宽，无法产生纯净的单频率Lamb波。不同频率的Lamb波具有不同的波速，从而使得Lamb波信号的波包在时域变宽，带来信号的时域重叠问题。Lamb波的多模特性是指Lamb具有较多的模态，即使在同一激发条件下，可以同时产生多个模态，其沿平板传播，会带来模态的重叠问题，从而干扰有用信息的提取。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位方法，该方法可对多模态Lamb波进行有效分解，并提供高精度的缺陷定位。

本发明的另一个目的在于提出一种频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位装置。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种频散Lamb波多项式时频域模态分解和缺陷定位方法，包括：

S1，获取待测平板，在所述待测平板上设置Lamb波发射电磁超声换能器和Lamb波接收电磁超声换能器；

S2，在所述Lamb波发射电磁超声换能器中施加超声激励信号以发出Lamb波信号；

S3，通过所述Lamb波接收电磁超声换能器接收所述Lamb波信号，对所述Lamb波信号进行放大、滤波和采样得到检测数据；

S4，根据所述Lamb波信号得到所述超声激励信号频率范围内不同模态Lamb波的群速度，并根据所述Lamb波信号计算不同模态Lamb波的时频分布特性；

S5，通过最小二乘法将所述时频分布特性拟合为多项式时频关系；

S6，获取高斯函数，通过所述多项式时频关系对所述高斯函数进行调制，对所述调试后的高斯函数进行伸缩变换生成多项式时频域基函数集合；

S7，将所述检测数据在所述多项式时频域基函数集合中进行分解，得到与所述检测数据匹配的基函数，利用与所述检测数据匹配的基函数进行信号重构，并计算重构误差；

S8，判断所述重构误差是否小于预设误差值，若是，则执行S8，若不是，则执行S7，重新进行分解；