【導(dǎo)讀】傳統(tǒng)的無(wú)損檢測(cè)方法往往難以實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積區(qū)域的高精度定量評(píng)估，尤其在復(fù)雜結(jié)構(gòu)中，缺陷的深度與空間分布特征獲取仍面臨挑戰(zhàn)。超聲導(dǎo)波檢測(cè)技術(shù)憑借其傳播距離遠(yuǎn)、檢測(cè)范圍廣、對(duì)結(jié)構(gòu)內(nèi)部損傷敏感等優(yōu)勢(shì)，成為薄壁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)的重要手段。本研究聚焦于超聲Lamb波全波場(chǎng)成像技術(shù)，通過(guò)引入掃描激光測(cè)振儀獲取導(dǎo)波在結(jié)構(gòu)表面的完整時(shí)空響應(yīng)，結(jié)合波數(shù)域分析方法，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)腐蝕缺陷的高分辨率定量識(shí)別。實(shí)驗(yàn)中，采用任意波形發(fā)生器生成漢寧窗調(diào)制的窄帶激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)由ATA-2022B高壓放大器進(jìn)行功率放大，驅(qū)動(dòng)壓電晶片激發(fā)純凈的Lamb波模態(tài)。該方法不僅能夠有效抑制噪聲干擾，還可通過(guò)全波場(chǎng)信息提取實(shí)現(xiàn)缺陷特征的精準(zhǔn)重構(gòu)，為結(jié)構(gòu)完整性評(píng)估提供可靠依據(jù)。

研究方向：超聲無(wú)損檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：腐蝕引起的厚度損失對(duì)殼體結(jié)構(gòu)的完整性構(gòu)成了重大威脅，因此定量評(píng)估減薄深度至關(guān)重要。超聲Lamb波檢測(cè)因其便捷、經(jīng)濟(jì)、對(duì)人身安全、對(duì)波導(dǎo)結(jié)構(gòu)橫截面上任何位置的損傷敏感以及能夠從單個(gè)探頭位置檢測(cè)整個(gè)結(jié)構(gòu)等優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于薄壁結(jié)構(gòu)中各種缺陷的檢測(cè)。掃描激光測(cè)振儀可以在傳播區(qū)域獲得全導(dǎo)波場(chǎng)，通過(guò)分析超聲Lamb波全波場(chǎng)頻率與波數(shù)的關(guān)系，可以分離出不同結(jié)構(gòu)深度對(duì)應(yīng)的特征，從而提高診斷精度。本實(shí)驗(yàn)使用任意波形發(fā)生器生成漢寧窗調(diào)制的400kHz5周期正弦脈沖信號(hào)，經(jīng)由ATA-2022B高壓放大器進(jìn)一步放大驅(qū)動(dòng)PZT壓電片產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，利用激光測(cè)振儀記錄試樣表面的超聲導(dǎo)波全波場(chǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)行信號(hào)處理和缺陷成像。

測(cè)試設(shè)備：任意波形發(fā)生器，ATA-2022B高壓放大器，PZT壓電片，激光測(cè)振儀，采集卡等。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：

圖：實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)實(shí)物圖

本實(shí)驗(yàn)采用漢寧窗調(diào)制的窄帶脈沖信號(hào)（中心頻率400kHz，5周期）激勵(lì)Lamb波在板狀結(jié)構(gòu)中傳播，該信號(hào)設(shè)計(jì)通過(guò)時(shí)域包絡(luò)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)頻譜能量聚焦（-6dB帶寬320-480kHz），有效抑制旁瓣干擾。當(dāng)Lamb波傳播至腐蝕缺陷區(qū)域時(shí)，將激發(fā)多重物理響應(yīng)：包括散射波生成、S0/A0模式轉(zhuǎn)換及波速變化。利用激光測(cè)振儀（位移分辨率0.1μm，掃描步長(zhǎng)1mm）非接觸式捕獲試樣表面全波場(chǎng)時(shí)空矩陣（典型維度200×200空間點(diǎn)×10,000時(shí)間點(diǎn)）。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過(guò)任意波形發(fā)生器生成激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)ATA-2022B高壓放大器（增益40倍，輸出200Vpp）驅(qū)動(dòng)4mm×4mm×4mmPZT壓電片產(chǎn)生超聲Lamb波，最終基于局部波數(shù)估計(jì)算法實(shí)現(xiàn)缺陷成像，其空間分辨率達(dá)λ/2（400kHz在鋁中約2mm），顯著突破傳統(tǒng)點(diǎn)傳感方法的物理局限。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

圖：實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在三塊具有不同缺陷的鋁板進(jìn)行測(cè)試，從成像結(jié)果上來(lái)看，所獲得圖像能夠較為準(zhǔn)確地還原缺陷的空間分布特征。不僅缺陷的形貌得到了很好的表征，而且缺陷的深度信息也能獲得。缺陷位置和深度與真實(shí)值一致，邊界略顯擴(kuò)展，這是由于最小窗口寬度為一個(gè)波長(zhǎng)所致，有助于抑制波數(shù)泄漏誤差。在淺缺陷區(qū)域，部分成像方法存在分辨率下降的現(xiàn)象，局部波數(shù)估計(jì)在此處的穩(wěn)健性受到波場(chǎng)干擾的影響，尤其在邊界反射和缺陷散射交疊區(qū)域。對(duì)于缺陷深度分布相對(duì)均勻的樣品，檢測(cè)具有較高的運(yùn)算效率；而在深度變化劇烈的區(qū)域，計(jì)算耗時(shí)相應(yīng)增加。得益于ATA-2022B高壓放大器的穩(wěn)定輸出和高壓放大，成像結(jié)果的信噪比極高。其背景區(qū)域幾乎無(wú)明顯偽影，僅在缺陷邊緣出現(xiàn)微弱的衍射條紋，略偏離入射方向，屬于難以完全抑制的物理散射現(xiàn)象。

功率放大器推薦：ATA-2022B高壓放大器

　　圖：ATA-2022B高壓放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線(xiàn)，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)試用。西安安泰電子是專(zhuān)業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號(hào)源、前置微小信號(hào)放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測(cè)試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷(xiāo)售的高科技企業(yè)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，利用掃描激光測(cè)振儀采集的高密度時(shí)空數(shù)據(jù)，結(jié)合局部波數(shù)估計(jì)算法，能夠清晰再現(xiàn)缺陷的空間形貌與深度分布，成像結(jié)果與實(shí)際缺陷具有高度一致性。盡管在邊界區(qū)域存在輕微的擴(kuò)展效應(yīng)，且淺層缺陷的分辨率受散射波場(chǎng)干擾略有下降，但整體成像質(zhì)量?jī)?yōu)異，信噪比高，偽影干擾少。ATA-2022B高壓放大器在實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出出色的信號(hào)保真與驅(qū)動(dòng)能力，為激勵(lì)信號(hào)的穩(wěn)定輸出提供了關(guān)鍵保障。該技術(shù)突破了傳統(tǒng)點(diǎn)式檢測(cè)的空間限制，實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜腐蝕狀態(tài)的高精度可視化，具有良好的工程應(yīng)用前景。