Page 93 - 《应用声学》2019年第6期

第 38 卷 第 6 期 范佳伟等： 铝板裂纹缺陷兰姆波阵列瞬时相位包络成像及补偿 995

信号的瞬时相位在 −π 到 π 处存在不连续的现象， 移约束自动设置为 0，因此其接收信号中只包含了
因此瞬时相位成像图中一个缺陷会产生多峰值的 激励信号所产生的位移，不能有效反映缺陷回波信
聚焦点，从而识别为多个缺陷。为了减少多峰值聚 号，可以在后处理中将自激自收的 8 个信号置 0 处
焦点引起的误判缺陷，提出瞬时相位成像的包络 理，以减小误差影响。
形式为 根据仿真所得的全矩阵数据，提取其中的幅值
和相位信息，分别进行幅值全聚焦和相位全聚焦成
I φ (x, z)
像，结果如图3所示，幅值全聚焦以 dB为尺度、相位
{[ N N ] 2
1 ∑ ∑ 全聚焦以线性为尺度作阈值处理。
= sin(φ ij (τ ij (x, z)))
N 2
i=1 j=1 Ꭵᬞڀฉ
2
[ N N ] } 1 ቫ᭧ڀฉ
∑ ∑ 2 8
+ cos(φ ij (τ ij (x, z))) . (5)
7
i=1 j=1
6
᫼ЋᎄՂ 4
2 缺陷识别数值仿真 5
2.1 仿真模型及成像结果 3
2
基于 ABAQUS 有限元仿真软件，进行超声导
1
波在三维薄铝板中的传播特性及成像算法研究。有 0
0 100 200 300 400
限元仿真模型为1000 mm × 500 mm × 1 mm铝板， ௑ᫎ/ms
如图 1 所示在铝板不同位置设定了 5 个不同角度的 图 2 阵列回波信号
通透型裂纹缺陷，裂纹角度分别为45 (裂纹 1)、25 ◦ Fig. 2 Array echo signal
◦
(裂纹 2)、5 (裂纹 3)、35 (裂纹 4)、55 (裂纹 5)，大 0
◦
◦
◦
小均为5 mm × 2 mm。在仿真模型中心上设置8个 -10
200
线性排列的激励接收点，采用双元激励法 [11] ，在板 ᡰሏ/mm 100 -20
300
的上下表面节点上施加反对称的集中力，从而激励 400 -30
单一S0模态的Lamb波。激励信号采用中心频率为 500 200 400 600 800 1000 -40
300 kHz的汉宁窗调制5周期正弦信号。 ᡰሏ/mm
(a) ࣨϙЛᐑཥੇϸ
ଊ݀ͯᎶ

50
340 160 140 60 100 2.5
55° 200 2.0
45° ᡰሏ/mm 300 1.5
25° 500
35° 400 1.0
340
250 190 300 500 0 200 400 600 800 1000 0.5
100 5° ᡰሏ/mm
(b) ᅯ௑ᄱͯЛᐑཥੇϸ
1000

图 1 ABAQUS 仿真示意图 (单位: mm) 0.9
ᡰሏ/mm 100
Fig. 1 ABAQUS simulation diagram (unit: mm) 200 0.8
利 用 ABAQUS 软 件 建 立 仿 真 模 型， 并 在 300 0.7
400 0.6
ABAQUS/Explicit 模块中进行求解，以 8 个激励 500 0.5
200 400 600 800 1000
接收点上垂直于板平面方向的位移值作为接收信 ᡰሏ/mm
号。对于8个激励接收阵元共产生64组全矩阵时域 (c) ᅯ௑ᄱͯӊፏЛᐑཥੇϸ
信号，并将其导入 Matlab 中进一步成像处理。1 号
图 3 三种全聚焦成像方式的仿真结果
阵元激励、所有阵元接收的归一化信号如图 2 所示， Fig. 3 Simulation results of three total focus imag-
由于在 1 号阵元上施加了激励信号后，该节点的位 ing methods