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薄板缺陷的Lamb波检测与信号处理

李志浩  
【摘要】:金属板材在现代工程中应用日趋广泛,板中存在的缺陷对构件质量的影响也随之产生。与常规超声波检测相比,Lamb波能够对板材实现长距离、大范围检测。但Lamb波在板中的传播机理十分复杂,与板中缺陷的相互作用规律还不十分清楚。本论文对Lamb波在薄铝板中的缺陷响应特性进行了实验研究,以期为实际应用提供依据。 实验使用2.5MHz和5MHz两种频率的可变角探头,分别采用单探头与双探头方式对lmm厚铝板中不同长度的直通孔缺陷进行了检测。结果表明,单探头方式下两种检测频率的缺陷回波幅值均与缺陷的大小呈线性关系,但5MHz要比2.5MHz的响应特性更好,回波幅值与缺陷大小的线性回归系数更高。双探头方式下两种频率都很难激发单一的模态,但5MHz激发的模态比2.5MHz的要少。比较两种收发方式的实验结果,单探头方式可以实现对缺陷的准确定位,而双探头方式在孔径与回波幅值的线性关系上表现更好。 分别利用短时傅里叶变换(STFT)与希尔伯特-黄变换(HHT)两种信号处理方法对实验采集的缺陷响应信号做了分析处理。通过STFT处理得到了回波信号的时频图,显示了频率在波传播过程中随时间的变化。在HHT处理过程中,通过经验模态分解(EMD)方法对回波信号进行了分解,对分解得到的固有模态函数(IMF)分量进行了信号重构,比较了重构信号与原始信号之间的相关性,最后对分解得到的IMF分量做了Hilbert变换,得到了希尔伯特-黄时频谱。利用HHT对不同频率不同收发方式下φ3mm通孔的检测信号进行了处理分析,结果表明用单探头方式得到的回波信号中存在着更加明显的频散现象。比较这两种信号处理方法可知,HHT比STFT更适合于Lamb检测信号的处理。


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