一种基于界面波的双层金属复合板的分层损伤成像方法技术

本公开揭示了一种基于界面波的双层金属复合板的分层损伤成像方法，包括：将金属复合板的重合部分作为成像检测区域并布置N个测点；对N个测点进行编号，根据编号顺序依次选取测点激励产生表面波其余测点依次接收该表面波并转换为检测信号；重复执行步骤1、2，直至所述N个测点均已激励产生表面波和接收表面波并产生N组检测信号；根据测点的编号顺序对所述N组检测信号进行编号；基于所述N组已编号的检测信号，利用椭圆定位法绘制所述成像检测区域内的损伤图像。本公开还揭示了一种用于激励表面波的装置。本公开利用界面波在金属复合板结合部分传播时不发生频散且能量集中于界面的特点，能够提高检测界面处分层损伤的有效性。

A layered damage imaging method based on interface wave for bimetal composite plates

【技术实现步骤摘要】
一种基于界面波的双层金属复合板的分层损伤成像方法
本公开属于机械结构无损检测领域，具体涉及一种基于界面波的双层金属复合板的分层损伤成像方法。
技术介绍
双层金属复合板由两种不同的金属材料通过粘接、爆炸焊接、挤压等方法制备而成，金属材料层间紧密结合。与均质板材相比，双层金属板材充分结合了两种金属材料的性能优势，克服了单一金属材料的性能局限性，被广泛应用于国防、航空航天及各类民用领域，是金属材料应用的发展趋势。然而，双层金属复合板在加工制造过程中，由于工艺或材料缺陷等问题，容易在材料结合面形成裂纹、分层、夹杂等缺陷。在服役过程中，金属复合板也会存在层间腐蚀、缺陷扩展等问题。这些损伤可能造成金属复合板性能下降，甚至失效。由于这些缺陷存在于结合面，肉眼无法观察，传统损伤检测手段也很难有效识别。因此，通过研究多层金属复合板结合面损伤成像方法，对多层金属结构早期损伤识别和及时维护具有重要意义。
技术实现思路
针对上述问题，本公开的目的在于提供一种基于界面波的双层金属复合板的分层损伤成像方法，通过利用界面波对金属复合板分层损伤进行成像，能够提高界面处各类损伤的检测效率，且无需对时域或频域检测信号进行分析，能够在较短时间内完成对金属复合板的整体损伤成像工作。本公开的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于界面波的双层金属复合板的分层损伤成像方法，包括如下步骤：S100：将双层金属复合板的中间重合部分作为成像检测区域并在该区域四周均匀布置N个测点；S200：对所述N个测点进行编号，根据编号顺序依次选取测点作为激励测点激励产生第一表面波进入所述成像检测区域并转化为界面波，其余测点作为接收测点根据编号顺序依次接收由所述界面波离开所述成像检测区域后转化形成的第二表面波；S300：将所述第二表面波转换为电信号并记录保存为检测信号；S400：重复执行步骤S200和步骤S300，直至所述N个测点均已激励产生第一表面波和接收第二表面波并产生N组检测信号；S500：根据测点的编号顺序对所述N组检测信号进行编号；S600：基于所述N组已编号的检测信号，利用椭圆定位法绘制所述成像检测区域内的损伤图像。优选的，步骤S600包括：S601：将成像检测区域划分为若干检测单元，每个检测单元对应损伤图像中的一个像素点；S602：根据每组检测信号的编号顺序确定每组检测信号所对应的激励测点和接收测点的位置，并根据所述激励测点和接收测点的位置确定每组检测信号在成像检测区域中的传播范围；S603：根据每组检测信号在成像检测区域中的传播范围计算位于所述传播范围内的所有像素点的像素值，并根据像素值确定所有像素点对应的RGB颜色；S604：根据所述像素点对应的RGB颜色绘制损伤成像图。优选的，步骤S603中，所述传播范围内的所有像素点的像素值通过以下公式计算：其中，I(x，y)为像素点的像素值；x、y分别为像素点的横坐标和纵坐标；ri为第i个检测信号的时域幅值信息；ti(x，y)为i个检测信号所对应的表面波由激励测点发出，经过坐标为x、y的像素点到达接收测点的时间；Qi(x，y)为第i个检测信号的传播范围，在数据上体现为每一个像素点的权值，且0≤Qi(x，y)≤1，界面波在该像素点强度越小，Qi(x，y)越趋近0，强度越大，Qi(x，y)越趋近1。优选的，所述表面波由激励测点发出，经过坐标为x、y的像素点到达接收测点的时间ti(x，y)通过下式计算：其中，分别为第i个检测信号对应的激励测点的横坐标和纵坐标；分别为第i个检测信号对应的接收测点的横坐标和纵坐标；v为双层金属复合板界面的界面波波速。优选的，通过传感器将所述第二表面波转换为电信号。本公开还提供一种基于界面波的双层金属复合板的分层损伤成像系统，包括：测点布置模块，用于将双层金属复合板的中间重合部分作为成像检测区域并在该区域四周均匀布置N个测点；表面波激励和接收模块，用于对所述测点布置装置布置的所述N个测点进行编号，根据编号顺序依次选取测点作为激励测点激励产生第一表面波进入所述成像检测区域并转化为界面波，其余测点作为接收测点根据编号顺序依次接收由所述界面波离开所述成像检测区域后转化形成的第二表面波；转换记录模块，用于将所述表面波激励和接收模块中的第二表面波转换为电信号并记录保存为检测信号；确认模块，用于确认所述表面波激励和接收模块和所述转换记录模块重复作用后，所述N个测点均已激励产生第一表面波和接收第二表面波并产生N组检测信号；检测信号编号模块，用于根据测点的编号顺序对所述N组检测信号进行标号；损伤成像模块，用于基于所述N组已编号的检测信号，利用椭圆定位法绘制所述成像检测区域内的损伤图像。优选的，所述损伤成像模块包括：划分单元，用于成像检测区域划分为若干检测单元，每个检测单元对应损伤图像中的一个像素点；传播范围确定单元，用于根据每组检测信号的编号顺序确定每组检测信号所对应的激励测点和接收测点的位置，并根据所述激励测点和接收测点的位置确定每组检测信号在成像检测区域中的传播范围；像素值计算单元，用于根据每组检测信号在成像检测区域中的传播范围计算位于所述传播范围内的所有像素点的像素值，并根据像素值确定所述像素点对应的RGB颜色；绘制单元，用于根据所述像素点对应的RGB颜色绘制损伤成像图。优选的，所述像素值计算单元中，所述传播范围内的所有像素点的像素值通过以下公式计算：其中，I(x，y)为像素点的像素值；x、y分别为像素点的横坐标和纵坐标；ri为第i个检测信号的时域幅值信息；ti(x，y)为i个检测信号所对应的表面波由激励测点发出，经过坐标为x、y的像素点到达接收测点的时间；Qi(x，y)为第i个检测信号的传播范围，在数据上体现为每一个像素点的权值，且0≤Qi(x，y)≤1，界面波在该像素点强度越小，Qi(x，y)越趋近0，强度越大，Qi(x，y)越趋近1。优选的，所述表面波由激励测点发出，经过坐标为x、y的像素点到达接收测点的时间ti(x，y)通过下式计算：其中，分别为第i个检测信号对应的激励测点的横坐标和纵坐标；分别为第i个检测信号对应的接收测点的横坐标和纵坐标；v为双层金属复合板界面的界面波波速。本公开还提供一种用于激励产生界面波的装置，包括：若干表面波探头，所述表面波探头的信号输入端通过第一高频同轴开关依次与功率放大器、信号发生器及微型计算机的信号输出端相连，所述微型计算机控制信号发生器发送脉冲信号经功率放大器放大后传输到表面波探头激励产生第一表面波并转化为界面波，所述表面波探头的信号输出端通过第二高频同轴开关与信号接收器及微型计算机的信号输入端相连，表面波探头接收由界面波转化的第二表面波并经信号接收器转化为检测信号后输入微型计算机；高频同轴开关控制器，所述高频同轴开关控制器的第一输入端与微型计算机相连，第二输入端与信号发生器相连，输出端分别与所述第一高频同轴开关和所述第二高频同轴开关相连。与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：1、基于界面波传播过程中不发生频散的特性能够提高金属复合板分层损伤检测的有效性；2、直接根据界面波的幅值信息判断是否存在损伤及损伤位置；3、直接对金属复合板分层损伤进行成像，无需技术人员对时域或频域检测信号进行分析，节约人工成本。附图说明图1是本公开一个实施例提供的一种基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于界面波的双层金属复合板的分层损伤成像方法，包括如下步骤：S100：将双层金属复合板的中间重合部分作为成像检测区域并在该区域四周均匀布置N个测点；S200：对所述N个测点进行编号，根据编号顺序依次选取测点作为激励测点激励产生第一表面波进入所述成像检测区域并转化为界面波，其余测点作为接收测点根据编号顺序依次接收由所述界面波离开所述成像检测区域后转化形成的第二表面波；S300：将所述第二表面波转换为电信号并记录保存为检测信号；S400：重复执行步骤S200和步骤S300，直至所述N个测点均已激励产生第一表面波和接收第二表面波并产生N组检测信号；S500：根据测点的编号顺序对所述N组检测信号进行编号；S600：基于所述N组已编号的检测信号，利用椭圆定位法绘制所述成像检测区域内的损伤图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于界面波的双层金属复合板的分层损伤成像方法，包括如下步骤：S100：将双层金属复合板的中间重合部分作为成像检测区域并在该区域四周均匀布置N个测点；S200：对所述N个测点进行编号，根据编号顺序依次选取测点作为激励测点激励产生第一表面波进入所述成像检测区域并转化为界面波，其余测点作为接收测点根据编号顺序依次接收由所述界面波离开所述成像检测区域后转化形成的第二表面波；S300：将所述第二表面波转换为电信号并记录保存为检测信号；S400：重复执行步骤S200和步骤S300，直至所述N个测点均已激励产生第一表面波和接收第二表面波并产生N组检测信号；S500：根据测点的编号顺序对所述N组检测信号进行编号；S600：基于所述N组已编号的检测信号，利用椭圆定位法绘制所述成像检测区域内的损伤图像。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，优选的，步骤S600包括如下步骤：S601：将成像检测区域划分为若干检测单元，每个检测单元对应损伤图像中的一个像素点；S602：根据每组检测信号的编号顺序确定每组检测信号所对应的激励测点和接收测点的位置，并根据所述激励测点和接收测点的位置确定每组检测信号在成像检测区域中的传播范围；S603：根据每组检测信号在成像检测区域中的传播范围计算位于所述传播范围内的所有像素点的像素值，并根据像素值确定所述像素点对应的RGB颜色；S604：根据所述像素点对应的RGB颜色绘制损伤成像图。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S603中，所述传播范围内的所有像素点的像素值通过以下公式计算：其中，l(x，y)为像素点的像素值；x、y分别为像素点的横坐标和纵坐标；ri为第i个检测信号的时域幅值信息；ti(x，y)为i个检测信号所对应的表面波由激励测点发出，经过坐标为x、y的像素点到达接收测点的时间；Qi(x，y)为第i个检测信号的传播范围，在数据上体现为每一个像素点的权值，且0≤Qi(x，y)≤1，界面波在该像素点强度越小，Qi(x，y)越趋近0，强度越大，Qi(x，y)越趋近1。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述表面波由激励测点发出，经过坐标为x、y的像素点到达接收测点的时间ti(x，y)通过下式计算：其中，xe，i、ye，i分别为第i个检测信号对应的激励测点的横坐标和纵坐标；xr，i、yr，i分别为第i个检测信号对应的接收测点的横坐标和纵坐标；v为双层金属复合板界面的界面波波速。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过传感器将所述第二表面波转换为电信号。6.一种基于界面波的双层金属复合板的分层损伤成像系统，包括：测点布置模块，用于将双层金属复合板的中间重合部分作为成像检测区域并在该区域四周均匀布置N个测点；表面波激励和接收模块，用于对所述测点布置装置布置的所述N个测点进行编号，根据编号顺序依次选取测点作为激励测点激励产生第一表面波进入所述成像检测区域并转化为界面波，其余测点...

【专利技术属性】
技术研发人员：王家琪，李兵，高广渊，张云飞，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61