Page 163 - 《应用声学》2020年第2期

第 39 卷 第 2 期 孟翔震等： 基于空耦超声 Lamb 波的金属板状结构内部缺陷检测方法 321

针对上述试样搭建了压电片激发 -压电片接收
3 实验研究 和压电片激发 -空耦超声探头接收的实验系统，如

图 11 所示。该系统由笔记本电脑、超声波发射接
3.1 实验设计
收器 JPR-600C (电压最高可调至 600 V，可连续
实验铝板的材料参数和尺寸与有限元仿真中
发射 300 个波数的矩形脉冲)、16 通道多路转换器
一致。缺陷为直径 10 mm 圆形通孔，压电陶瓷片采
MUX-16D 和压电陶瓷片、200 kHz 空耦超声探头
用直径为 8 mm、厚度为 0.48 mm 的圆形结构，通
组成。
过环氧树脂粘贴在铝板表面，如图 10 所示。空耦超
实验中设置激励频率为 200 kHz，电压 280 V，
声探头由悬臂结构固定在铝板上侧 5 mm 位置，如
波数为2。由一个压电片传感器作为激励传感器，分
图 11(b)所示。
别由其余压电片传感器和空耦超声探头采集剩余
位置的检测信号，更换激励传感器至完成全部信号
y
采集。基准信号采集完后在原铝板上凿孔再采集缺
陷信号，整个信号采集过程在同一块铝板上完成。
C(C')
D(D') (400 mm, 330 mm)
(150 mm, 400 mm)
3.2 实验结果分析
Ꭵᬞ
(300 mm, 300 mm)
图12 是无损伤铝板上由 A 点激发、B 点压电片
接收到的信号时域图和时频图。从图中可以看出，
A(A') B(B')
(100 mm, 150 mm) (330 mm, 150 mm) 压电片接收到的 Lamb 波信号中同时存在 S0 和 A0
两个模态，A0 模态能量相对较高，信号中还伴随有
x
O
大量边界反射波。

图 10 实验试样
1.0
Fig. 10 The experimental sample A0 ᣸ႍԦ࠱ฉ
S0
0.5
ቸᝮవႃᑨ
ᡔܦฉԧ ॆʷӑࣨϙ 0
࠱ଌஆ٨
ܳ᡹ᣁ૱٨
-0.5
ԍႃྟ
-1.0
2 mmᨸ౜ 0 50 100 150 200 250 300
௑ᫎ/µs
ඵࣱតᰎԼ
(a) ABηՂ௑۫ڏ
(a) ԍႃྟೝ฾ࣱԼ 400 1
S0 A0 ᣸ႍԦ࠱ฉ
300
ଊ݀ஃ౶
11.3° A
ቇᏹଊ݀ ᮠဋ/kHz 200
໏ᢾ
ԍႃྟ Ꭵᬞ 100
2 mmᨸ౜
0 0
0 50 100 150 200 250 300
ඵࣱតᰎԼ
௑ᫎ/µs
(b) ABηՂ௑ᮠڏ
(b) ቇᏹೝ฾ࣱԼ
图 11 实验系统 图 12 无缺陷铝板 AB 信号
Fig. 11 The experimental system Fig. 12 Signal AB of no defect aluminum plate