Page 95 - 《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 997

缺陷的定位精度有一定差异，其原因是因为不同缺 窗调制 5 周期正弦信号，系统采样频率为 50 MHz，
陷相对于阵列位置不同，位于阵列垂直方向的缺陷 每组信号共采样 20000 个点，能完全对铝板进行扫
3的定位误差最小，由缺陷3向水平方向扩展定位误 查，实验获取阵列回波信号如图7 所示，由于噪声干
差逐渐增大。 扰和 Lamb波频散现象导致多个缺陷的回波信号发
生混叠。
表 1 仿真数据的缺陷定位
Ꭵᬞڀฉ
Table 1 Defect location of simulation data ቫ᭧ڀฉ
8
7
补偿前 补偿后
缺陷编号 实际坐标 6
坐标 误差/mm 坐标 误差/mm ᫼ЋᎄՂ 5

1 (340,160) (322,179) 26.2 (340,177) 17.0 4
3
2 (390,250) (379,270) 22.8 (389,261) 11.0 2
3 (550,400) (556,421) 21.8 (551,408) 8.1 1
4 (690,310) (710,336) 32.8 (687,325) 15.3 0 100 200 300 400
௑ᫎ/ms
5 (750,200) (765,224) 28.3 (747,213) 13.3
图 7 实验阵列回波信号
3 缺陷识别实验研究 Fig. 7 Experimental array echo signal

根据阵列信号端面回波到达时间计算波速 c，
3.1 实验装置
端面回波到达平均时间为 186 µs，所以 Lamb 波的
图 6 给出了 Lamb 波缺陷成像实验系统装置
波速 c 为 5366 m/s，与理论值相近，补偿后波速为
图。 该 系 统 硬 件 由 工 控 机、 多 通 道 同 步 数 据
5154 m/s，图8 为补偿前后的瞬时相位包络成像图，
采集卡 (PCIAD1650)、 多通道超声激励相控阵
其中图 8(b) 下方中心最亮的区域为波速补偿后对
板卡 (PHA16T) 等组成 [12] 。待检测铝板尺寸为
端面回波信号的聚焦成像结果。
1000 mm × 500 mm × 1 mm，其材料参数、缺陷
尺寸及分布与仿真相同。Lamb 波换能器线性阵 0.9
ᡰሏ/mm 100
列由 8 片矩形压电阵元组成，其尺寸均为 6 mm× 200 0.8
6 mm × 0.5 mm，阵元间距 2 mm，通过 502 胶水耦 300 0.7
合于铝板边缘。 400 0.6
500 0.5
0 200 400 600 800 1000
ᡰሏ/mm
(a) ᛪϪҒ
0.9
ᡰሏ/mm 100 0.8
200
0.7
300
400 0.6
500 0.5
0 200 400 600 800 1000
图 6 Lamb 波成像系统装置 ᡰሏ/mm
Fig. 6 Lamb wave imaging system device (b) ᛪϪՑ
图 8 瞬时相位包络成像图
3.2 成像结果和定位分析
Fig. 8 Instantaneous phase envelope imaging
与数值仿真中的双元激励法不同，在实际检测
情况中，大多只能单面激励Lamb波。因此在检测实 各个缺陷的定位坐标如表 2 所示。实验数据成
验中只在铝板一侧表面上布置线性阵列，并与仿真 像结果与仿真结果相似，补偿前 5 个缺陷的定位误
中激励信号相同，激励中心频率为 300 kHz 的汉宁 差平均值为 24.58 mm，补偿后的定位误差平均值