基于空气耦合超声的振动声调制成像检测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空气耦合超声对振动声调制成像检测方法和系统。涉及以下部件：低频信号发生器，低频信号放大器，激振器，高频信号发生器，高频信号放大器，空气耦合超声发射端，空气耦合超声接收端，计算机和待测结构件。其中所述空气耦合超声发射端和接收端主要发射和接收超声信号，超声是高频信号。所述检测方法包括以下过程：确定待测结构件，设置检测环境，确定检测范围，调整空气耦合超声发射端，数据采集，检测分析和总结。本发明专利技术的优势在于，以对裂纹类缺陷非常敏感的边频f0±nf1成分替代原空气耦合超声检测中难以探测的线性特征信号，提高检测灵敏度；适合复合材料等不能采用水或其他耦合剂的检测场合；提高检测效率，节约检测成本。

【技术实现步骤摘要】
基于空气耦合超声的振动声调制成像检测方法和系统
本专利技术涉及无损检测领域，特别是指一种基于空气耦合超声的振动声调制成像检测方法和系统。
技术介绍
工程结构应用在如建筑物、桥梁、高速列车、飞行器等大型设施中，安全运行是很重要，而工程结构件中各种裂纹类缺陷产生的安全隐患威胁最大，对此类缺陷的监测一直是人们重点关注的问题。振动声调制技术是一种非线性声学检测方法，即在低频振动激励下，裂纹在不同时刻承受不同应力作用而张开闭合，使通过此界面的高频信号幅度或相位发生变化，即调制。实际检测时，将低频振动信号f1和高频超声信号f0同时施加在待测结构件上，若待测结构件中存在裂纹等缺陷，则接收信号频谱中含有边频f0±nf1成分；否则f0与f1无相互作用，接收信号频谱与输入信号相同。因此，通过监测调制边频成分的有无及幅度大小变化，即可对所测待测结构件质量进行评价。实施该技术通常需要两方面硬件设备对被检测待测结构件共同作用：一个是超声波传感器，用于提供超声信号；另一个是激振器，用于提供低频振动信号，激发缺陷部位的非线性响应。此方法对裂纹类缺陷非常敏感，但传统的振动声调制方法一般采用PZT晶片作为高频超声传感器，晶片通过粘接耦合到待测结构件表面，检测晶片与待测结构件相对位置被固定，难以用普通方法对整个检测范围内缺陷进行定位，同时粘接晶片耗时耗力，对复合材料等表面要求较高的结构也不适用，因而限制了此技术的应用。空气耦合超声技术是一种非接触超声检测方法，一般用于复合材料等不能与水或有机溶剂等液体接触的场合。然而由于复合材料中界面较多，采用常规超声方法检测时，由于声波散射和衰减大，缺陷与超声发生线性作用而产生的特征信号往往难以分辨，因而检测灵敏度低；同时信号处理和分析过程复杂，还易受到外界噪声干扰，因此检测效率和可靠度也较低。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于空气耦合超声的振动声调制成像检测的方法和系统。其目的在于降低检测成本，提高检测效率，使检测结构件的品种更多，检测结果更准确。基于上述目的，本专利技术提供了一种基于空气耦合超声的振动声调制成像检测方法，涉及以下部件：低频信号发生器，低频信号放大器，激振器，高频信号发生器，高频信号放大器，空气耦合超声发射端，空气耦合超声接收端和处理器；所述超声为高频信号；所述检测方法包括：将待测结构件固定，在所述待测结构件上标记出一个矩形的检测范围，所述检测范围包括起始位置和结束位置，所述起始位置为矩形的一个边，所述结束位置是与起始位置相对的另外一边；将所述检测范围的中心位置与所述激振器连接；将所述空气耦合超声发射端与所述空气耦合超声接收端分别设置在所述待测结构件两侧；所述空气耦合超声发射端与所述空气耦合超声接收端处在同一水平面且到所述待测结构件的距离相同；通过所述低频信号发生器生成低频信号，低频信号经过低频信号放大器被放大；被放大的低频信号通过激振器作用于待测结构件；通过高频信号发生器生成高频信号，高频信号经过高频信号放大器被放大，被放大的高频信号通过空气耦合超声发射端，在检测范围内从所述起始位置开始有序移动到所述结束位置，持续的发射至待测结构件空气耦合超声接收端；通过所述空气耦合超声接收端接收经过待测结构件后的出射信号；通过处理器对所述出射信号进行傅里叶分析，形成幅频谱；处理器对形成的幅频谱进行判断，若发现边频f0±nf1成分部位则在待测结构件上进行定位，绘制检测图像并输出检测报告。所述起始位置的一个顶点设置为检测零点位置。根据待测结构件的材质设置所述空气耦合超声发射端和接收端到所述待测结构件的距离。所述空气耦合超声发射端和接收端推荐采用聚焦模式，将待测结构件置于焦柱范围之内，以提高检测灵敏度和定位精度。所述空气耦合超声发射端相对于所述待测结构件表面形成一个夹角。所述低频信号发生器根据所述待测结构件材质产生低频信号。所述空气耦合超声发射端从所述检测零点位置开始扫描，当扫描结束后，所述空气耦合超声发射端回到所述检测零点位置。基于空气耦合超声的振动声调制成像检测方法的处理器系统，包括以下部件：低频信号发生器，低频信号放大器，激振器，高频信号发生器，高频信号放大器，空气耦合超声发射端、空气耦合超声接收端和处理器；其中：所述低频信号发生器，用于产生低频信号；所述低频信号放大器，用于放大所述低频信号；所述激振器，用于将放大了的所述低频信号作用于待测结构件；所述高频信号发生器，用于产生高频信号；所述高频信号放大器，用于放大所述高频信号；所述空气耦合超声发射端，用于将放大的所述高频信号发射给待测结构件；所述空气耦合超声接收端，用于接收经过待测结构件后的出射信号；所述处理器，用于对所述出射信号进行分析，形成幅频谱，处理器对形成的幅频谱进行判断，若边频f0±nf1成分在待测结构件上进行定位，绘制检测图像并给出检测报告。从上面所述可以看出，本专利技术将空气耦合超声技术和振动声调制技术的优势结合起来，从而提出一种基于空气耦合超声的振动声调制成像检测方法和系统。其优势在于：以对裂纹类缺陷非常敏感的边频f0±nf1成分替代原空气耦合超声检测中难以探测的线性特征信号，大大提高了其检测灵敏度；边频信号仅需要简单的FFT即可获取，抗干扰能力强，也使信号处理和分析的速度增加，因而使检测效率大为提高；同时，边频信号相对于传统缺陷特征信号识别度更高，更有利于现场检测人员判别，提高检测可靠性；另外，相对于传统振动声调制检测，由于探头可相对于待测结构件移动，因而可弥补原技术不能对缺陷进行定位的缺点；同时特别适合于复合材料等不能采用水或其他耦合剂的检测场合；由于不需要粘贴工序，还能提高检测效率，节约检测成本。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例基于空气耦合超声的振动声调制成像检测方法示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。基于空气耦合超声的振动声调制成像检测方法，参见图1，涉及以下部件：低频信号发生器1，低频信号放大器2，激振器3，高频信号发生器4，高频信号放大器5，空气耦合超声发射端6，空气耦合超声接收端7，处理器8和待测结构件9。其中所述空气耦合超声发射和接收超声信号，超声信号是高频信号。所述检测方法包括以下过程：确定待测结构件，设置检测环境，确定检测范围，调整聚空气耦合超声发射器，数据采集，分析处理检测数据。具体如下：对于桥梁、高速列车、飞行器等大型设施，选出需要检测的结构件，并标记出待测的结构件以便能快速检测。将所有需要用到的所述检测部件1-8按照检测要求，通过数据线分别连接，确保检测环境安全可靠，启动处理器8。在所述待测结构件9上标记出一个矩形检测范围，包括起始位置和结束位置，起始位置是所述矩形检测范围的一条边，结束位置是起始位置平行相对的另外一条边；将所述待测结构件9矩形检测范围的中心位置与所述激振器3连接。将所述空气耦合超声发射端6对准所述待测结构件9矩形检测范围的起始位置的一个顶点，并将其设置为检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于空气耦合超声的振动声调制成像检测方法，其特征在于，涉及以下部件：低频信号发生器，低频信号放大器，激振器，高频信号发生器，高频信号放大器，空气耦合超声发射端，空气耦合超声接收端和处理器；所述超声为高频信号；所述检测方法包括：将待测结构件固定，在所述待测结构件上标记出一个矩形的检测范围，所述检测范围包括起始位置和结束位置，所述起始位置为矩形的一个边，所述结束位置是与起始位置相对的另外一边；将所述检测范围的中心位置与所述激振器连接；将所述空气耦合超声发射端与所述空气耦合超声接收端分别设置在所述待测结构件两侧；所述空气耦合超声发射端与所述空气耦合超声接收端处在同一水平面且到所述待测结构件的距离相同；通过所述低频信号发生器生成低频信号，低频信号经过低频信号放大器被放大；被放大的低频信号通过激振器作用于待测结构件；通过高频信号发生器生成高频信号，高频信号经过高频信号放大器被放大，被放大的高频信号通过空气耦合超声发射端，在检测范围内从所述起始位置开始有序移动到所述结束位置，持续的发射至待测结构件空气耦合超声接收端；通过所述空气耦合超声接收端接收经过待测结构件后的出射信号；通过处理器对所述出射信号进行傅里叶分析，形成幅频谱；处理器对形成的幅频谱进行判断，若发现边频f0±nf1成分，则对此部位在待测结构件上进行定位，绘制检测图像并输出检测报告。...

【技术特征摘要】
1.基于空气耦合超声的振动声调制成像检测方法，其特征在于，涉及以下部件：低频信号发生器，低频信号放大器，激振器，高频信号发生器，高频信号放大器，空气耦合超声发射端，空气耦合超声接收端和处理器；所述超声为高频信号；所述检测方法包括：将待测结构件固定，在所述待测结构件上标记出一个矩形的检测范围，所述检测范围包括起始位置和结束位置，所述起始位置为矩形的一个边，所述结束位置是与起始位置相对的另外一边；将所述检测范围的中心位置与所述激振器连接；将所述空气耦合超声发射端与所述空气耦合超声接收端分别设置在所述待测结构件两侧；所述空气耦合超声发射端与所述空气耦合超声接收端处在同一水平面且到所述待测结构件的距离相同；通过所述低频信号发生器生成低频信号，低频信号经过低频信号放大器被放大；被放大的低频信号通过激振器作用于待测结构件；通过高频信号发生器生成高频信号，高频信号经过高频信号放大器被放大，被放大的高频信号通过空气耦合超声发射端，在检测范围内从所述起始位置开始有序移动到所述结束位置，持续的发射至待测结构件空气耦合超声接收端；通过所述空气耦合超声接收端接收经过待测结构件后的出射信号；通过处理器对所述出射信号进行傅里叶分析，形成幅频谱；处理器对形成的幅频谱进行判断，若发现边频f0±nf1成分，则对此部位在待测结构件上进行定位，绘制检测图像并输出检测报告。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述起始位置的一个顶点设置为检测零点位置。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国强，赵长兴，王国盈，
申请(专利权)人：航天科工防御技术研究试验中心，
类型：发明
国别省市：北京,11