[发明专利]基于泛谐波调频小波变换的钢板兰姆波缺陷检测方法

说明书

本发明提供了基于泛谐波调频小波变换的钢板兰姆波缺陷检测方法，涉及无损检测技术领域，包括：建立钢板的三维有限元仿真模型，对完好钢板施加激励源获得兰姆波信号，设置采样点并采集时域信号，对钢板原点处施加缺陷，选择同样采样点并采集缺陷钢板的时域信号，分析完好钢板的时域信号与缺陷钢板的时域信号，得到损失信号，通过泛谐波调频小波变换分析损失信号得到时频图，并等高线处理得到等高线图，分析等高线图得到不同缺陷时的损失信号强度。本发明根据在钢板不同缺陷的作用时得到损失信号强度与缺陷成正比例的关系，并通过泛谐波调频小波变换实现兰姆波模态及钢板缺陷大小更加简单、准确、清楚的的识别。

技术领域

本发明无损检测技术领域，尤其涉及基于泛谐波调频小波变换的钢板兰姆波缺陷检测方法。

背景技术

兰姆波是在金属薄板中由横波和纵波共同合成的应力波，其激励声波波长与金属板厚度大致在相同数量级。兰姆波激发和检验的方式方便且灵活，并且能与板材缺陷产生相互作用，并携带大量信息。因此，兰姆波能够作为板材缺陷检测的有效方法，尤其是在大面积板状结构的无损检测中应用广泛。在激发频率确定的情况下，兰姆波至少存在两种波模式，不同模式的相速度将随着激发频率的变化而改变，这就是兰姆波的频散特性。由于兰姆波具有的多模式和频散特性，使其在激励、传播、缺陷作用、接收和信号处理方面均表现出复杂性，因而限制了其在工业无损检测领域的应用。

由于兰姆波传播的复杂性，所以对兰姆波分析的重点怎样精确解释信号。兰姆波检测信号是典型的非平稳信号，时频分析方法是处理非平稳信号的有力工具之一。时频分析能确定某一时间窗内存在的频率及频率分量能量的集中程度，用来实现时域和频域的信号分析。国内外学者已将多种方法用来分析兰姆波检测信号，但分析的结果都有一定的局限性。蔡笑风等人为提取出干耦合兰姆波检测信号中的有用信息，采用经验小波变换对检测信号进行分析。焦敬品等人提出了一种基于反转路径差信号的兰姆波稀疏阵列成像方法，实现了板中不同位置的圆孔和矩形缺陷成像，且成像分辨率较高，定位较准确。张宇等人利用短时傅里叶变换对铝板缺陷兰姆波检测信号进行处理，通过提取时频平面中特定频率分量的方法，对时域中混叠的缺陷兰姆波检测信号进行模式识别。滕飞等人采取时频联合分析，运用短时傅里叶变化的方法，获得了兰姆波在三组含有不同缺陷的铝合金薄板中的传播模式，但其到达时间的提取及频谱分析的结果不够准确。Tian等人使用频率波数分析对多模态兰姆波传播和波模提取进行研究，提取出单一模态的兰姆波。Rai等人提出了一种深度学习一维卷积神经网络架构，能够直接对从薄金属板记录的原始离散时域兰姆波信号进行分析。这些工作都未进行兰姆波模态与缺陷作用板材时兰姆波检测信号的分析，得不到兰姆波模态与缺陷之间的联系。

发明内容

本发明提供了基于泛谐波调频小波变换的钢板兰姆波缺陷检测方法，目的是为了解决现有技术中存在的缺点。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于泛谐波调频小波变换的钢板兰姆波缺陷检测方法，包括如下步骤：

建立钢板的三维有限元仿真模型；

施加激励源于所述钢板上，产生兰姆波；

在完好钢板上设置采样点，并采集所述完好钢板上兰姆波的时域信号；

在钢板的原点处设置不同深度与半径的缺陷，并选择同样的采样点采集缺陷钢板上兰姆波的时域信号；

分析完好钢板的时域信号与缺陷钢板时域信号，得到兰姆波与缺陷共同作用时损失信号的时域信号；

通过泛谐波调频小波变换对损失信号的时域信号进行分析，得到损失信号的时频图，并对损失信号的时频图进行等高线处理，得到损失信号的等高线图；

通过分析不同缺陷时损失信号的等高线图，得到不同缺陷的损失信号强度。

优选的，采用楔形换能器作为激励源，提供具有周期及中心频率一定的激励信号，用于激发兰姆波信号。