[发明专利]一种用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法

说明书

本发明公开了一种用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，包括以下步骤：步骤S1，设计金属曲板，计算出所述金属曲板的频散曲线；步骤S2，设计至少两组超声导波传感器阵列；步骤S3，获得并记录超声导波传感器的中心频率及带宽；步骤S4，超声导波信号依次经过信号发生器、放大器传导至金属曲板，并通过示波器保存不同超声导波传感器阵列的导波信号；步骤S5，对获得的导波信号进行中心化、归一化预处理；步骤S6，对预处理后的导波信号进行带通滤波处理，提高导波信号的信噪比；步骤S7，确定损伤定位精度最优的超声导波传感器阵列。根据本发明，其结合椭圆损伤定位方法及数据降噪处理技术，通过对传感器阵列的筛选优化，有效提高损伤定位精度。

技术领域

本发明涉及超声导波无损检测领域，尤其涉及一种用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法。

背景技术

压力容器是承受压力、具有爆炸危险的特种设备，广泛用于航空航天、水下潜艇等多个国防军工重要产业领域，同时该设备在民生领域也涉及广泛，需求量极大。然而，高/低温、高压等极端的工作环境会导致压力容器出现泄漏或破裂故障，从而极大地危害人民的生命财产安全。经过研究统计分析，圆柱形压力容器最容易失效的部位位于其筒体，而曲板结构可以有效的作为压力容器筒体的简化结构进行分析，因此有必要通过针对金属曲板结构的健康状况研究来模拟圆柱形压力容器的失效分析。

目前常用的金属曲板结构健康检测手段可分为被动检测和主动式检测两种，被动方法主要有声发射检测以及红外无损检测，这两种方法不仅易受噪声干扰，而且十分依赖丰富的数据库及现场检测经验，损伤定性、定量都依托于其它的无损检测方法；主动检测方法则包含超声检测、渗透检测、光纤监测、磁粉探伤、涡流法以及导波检测技术。

与其他主动检测方法相比，超声导波检测技术具有传播距离远、衰减小，可进行整体、大范围检测，可在设备运行的条件下实现在线监测等优点，而曲板结构体积大、待监测区域广，因此选用基于导波的曲板损伤监测技术可以有效地对损伤进行实时监测。

近几十年来，超声导波检测技术飞速发展，其频散特性和信号特征是设备损伤检测的重要研究对象。根据曲板的结构特点，基于Lamb波的损伤识别方法可用于其损伤监测中。Lamb波是英国力学家兰姆(Lamb)于1917年提出的平板结构中的导波形式。检测时，在结构中主动激发波形，传感器接收到的信号就包含了结构的损伤位置、损伤程度等信息，通过对Lamb波信号进行数据分析、特征提取，就可以获得这些损伤信息。

由于常见的损伤尺寸不大，传感器接收到的导波信号变化也较小，因此信号中的损伤信息可能被湮没，导致难以确定损伤位置，所以将有缺陷结构的导波信号与无损伤结构的导波信号作差，通过差值信号可以得到损伤信号波包的飞行时间，进而其飞行距离也可获得。最终以驱动器与传感器为焦点绘制椭圆，损伤位置即位于椭圆轨迹上，通过布置多个传感器，可得到多个椭圆轨迹的交点，即损伤所在的位置，这就是椭圆损伤定位算法。因此传感器数量的选择与布置方案是研究的关键。

鉴于金属曲板结构中损伤形式多样，且损伤位置常常难以确定，为了实现曲板损伤的准确定位分析，实有必要开发一种用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法合理地优化超声导波传感器阵列形式以解决上述不足。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的主要目的是，提供一种用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，结合椭圆损伤定位方法及数据降噪处理技术，通过对传感器阵列的筛选优化，有效提高损伤定位精度。本发明考虑到传感器数量、位置均会影响损伤定位精度，因此考虑了不同数量及位置的多种传感器阵型。

为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种用于金属曲板损伤定位的传感器阵列优化方法，包括以下步骤：

步骤S1，设计金属曲板的物理参数及几何参数，在所述金属曲板上开设有模拟损伤孔，并根据所述金属曲板的物理参数及几何参数计算出所述金属曲板的频散曲线；