板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测系统，其特征在于：加筋板及平板的左侧设置有信号激励传感器，加筋板及平板的右侧设置有信号接收传感器，信号发生器连接分别连接至加筋板及平板的信号激励传感器，加筋板及平板的信号接收传感器均连接至声发射仪，声发射仪连接至计算机。本发明专利技术还涉及一种板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测方法，步骤为：1)系统搭建；2)参数设置；3)信号采集；4)信号处理。本发明专利技术设计科学合理，方法目的明确，排除其余因素的干扰，降低信号检测的难度，节省信号处理时间，有利于获取真实且正确的信号特征，对损伤源的定位以及模式识别具有重要意义。

The test system and method of the effect of plate stiffener on Lamb wave

【技术实现步骤摘要】
板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测系统及方法
本专利技术属于精密仪器领域，涉及兰姆波作用效果的研究，尤其涉及板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测系统及方法。
技术介绍
板状结构广泛应用于工业、医疗、航天和军事等领域，为保证结构具有足够的机械强度及安装一些配件，同时不使质量过大，通常在板状结构的表面设置有周期性加强筋和安装框。当采用声学方法对板状结构进行健康状态检测时(如疲劳、碰撞和泄漏等)，声信号在结构中以兰姆波的形式进行传播。由于兰姆波在加筋板中传播时会发生频散、反射、透射及模态转换等现象，兰姆波的幅值和能量分布会发生剧烈变化，增加了信号检测的难度。然而，研究表明不同数量的加强筋对信号具有不同的作用效果。Reusser等人研究了兰姆波在两种高宽比加筋板中的传播规律，在经过加强筋时不同频率兰姆波透射能量不同，呈震荡趋势。这种现象在高宽比大的加筋板中更为明显，通过选取特定频段的A0模态兰姆波提高了泄漏定位的精度。通过简化模型得到了当S0模态兰姆波频率在加筋板共振频率附近时，信号衰减严重的结论。但其研究主要针对于单根加强筋对兰姆波信号的影响规律，并且没有对碰撞信号进行相关研究。Ghandourah等人关于加强筋对不同入射角的兰姆波的反射特性进行了研究，Santhanam等人研究了板端部对不同模态兰姆波反射系数与入射角、频率间的关系。此外，关于带有裂纹的加筋铝板中兰姆波信号特征，兰姆波与不同类型缺口间的相互作用，以及兰姆波经过刻痕时的模态转换现象等方面，也有学者进行相关研究。因此，对具有加强筋结构的平板中兰姆波进行适当的频率检测，将加强筋的作用效果对原始信号进行补偿，则可以降低研究难度。对于具有不同尺寸、不同数量的加筋板结构，需要有一个统一的方法将加强筋对板中兰姆波的影响进行量化。目前，存在着一些衡量方法，例如使用宽频带兰姆波并基于二维傅里叶变换的能量衰减衡量方法。采用宽频带兰姆波作为激励信号加载在加强筋的一侧，并在加强筋两端以一定空间间隔对信号进行采样。通过计算兰姆波在经过加强筋前后的能量比值，量化兰姆波通过加强筋结构时的能量衰减程度。但这种方法的缺点是对检测设备要求较高，通常出现某些频带信号能量较弱，量化结果不准的情况。有些学者在加强筋的一侧采用传感器施加单一频率的正弦信号，在另一侧采用接收仪器进行接收。更改正弦信号的频率后，重复上述步骤，将相应频率的筋后信号能量与筋前信号能量的比值衡量加强筋对兰姆波的影响。这种方法的工作力量十分巨大且非常耗时，尤其是所关注的频率范围较大时。此外，兰姆波信号在传播的过程中，随着传播距离的增加会出现能量衰减、频散和模态转换等现象，这些方法没有考虑传播距离对信号的影响。通过对公开专利文献的检索，并未发现与本专利申请相同的公开专利文献。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，针对板状结构中如何衡量加强筋对兰姆波作用效果问题，提出了一种基于能量比值的方法，对加筋板和平板中不同频率的信号进行时频检测，将加筋板和平板中的传播相同距离后的同一频率下的信号能量之比作为能量因数，用以衡量加强筋对兰姆波的影响。将加强筋的影响进行量化，使得碰撞、泄漏等损伤信号的特征规律变得更为清晰，降低了信号检测的难度，减少了信号处理的时间，有利于获取真实且正确的信号特征，对损伤源的定位以及模式识别具有重要意义。本专利技术解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：一种板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测系统，其特征在于：包括信号发生器、声发射仪、计算机、加筋板、平板及若干传感器，所述加筋板及平板的左侧设置有信号激励传感器，所述加筋板及平板的右侧设置有信号接收传感器，所述信号发生器连接分别连接至所述加筋板及平板的信号激励传感器，所述加筋板及平板的信号接收传感器均连接至声发射仪，所述声发射仪连接至所述计算机。而且，所述加筋板及平板上的信号激励传感器及信号接收传感器对称分布。而且，所述加筋板上的信号激励传感器与平板上的信号激励传感器位置对应；所述加筋板上的信号接收传感器与平板上的信号接收传感器位置对应。一种板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测方法，其特征在于：所述检测方法的步骤为：1)系统搭建：将信号激励传感器通过高真空硅脂耦合剂黏贴到加筋板的左侧，在平板上对应加筋板的相同位置处黏贴信号激励传感器；将信号接收传感器通过高真空硅脂耦合剂黏贴到加筋板的右侧，在平板上对应加筋板的相同位置处黏贴信号接收传感器；并将信号发射器、信号激励传感器、信号接收传感器、声发仪及计算机连接；2)参数设置：将信号发生器的电压设置为2V，将宽频正弦叠加信号的表达式输入至信号发生器，令信号发生器发射激励信号至信号激励传感器；将声发射仪的阈值设置为40dB，采样率设置为3MHz，关注信号的最大频率为500kHz，在声发射仪的控制下，通过信号接收传感器接收信号并将接收到的信号传送给计算机；3)信号采集：计算机对接收到的加筋板和平板中的信号分别进行傅里叶变换处理，得到两组信号的频谱信息；4)信号处理：采用计算机计算出的信号频谱能量，对获得的频谱能量进行比值运算，将结果作为能量因数，用于衡量加强筋对兰姆波激励信号的作用效果。而且，所述步骤2)中宽频正弦叠加信号为时长为20μs，频率从50kHz起始以1kHz间隔递增至500kHz的正弦波的叠加；且信号发生器发射的激励信号表达式为：其中，y(t)为激励信号，t为时间，f为频率，A为幅值，t0为20μs。而且，所述步骤3)中，傅里叶变换采用的数学表达式为：其中：f(t)为信号时域波形，W(ω)为信号频谱。而且，所述步骤4)中，信号频谱能量的计算表达式为：E(f)＝|W(ω)|2其中：E(f)为信号能量，W(ω)为信号频谱，能量因数的表达式为：其中：R(f)为能量因数，ES(f)为加筋板中，兰姆波在经过加强筋后被信号接收传感器接收到的能量，EP(f)为平板中，兰姆波在经过平板后被信号接收传感器接收的能量。本专利技术的优点和有益效果为：1、本专利技术搭建了衡量加强筋作用效果的检测系统，在兰姆波理论的基础上完成了关于板状结构中加强筋对兰姆波作用效果的进一步探索。2、本专利技术采用加筋板与平板进行对照实验，可排除传播距离导致的兰姆波能量衰减、频散和能量转换等现象的影响。3、本专利技术提出一种基于两组试验件中信号对应频率的能量比值作为能量因数，以此来衡量板状结构中加强筋对兰姆波作用效果的方法，该方法目的明确，排除其余因素的干扰，原理合理。4、本专利技术设计科学合理，方法目的明确，排除其余因素的干扰，降低信号检测的难度，节省信号处理时间，有利于获取真实且正确的信号特征，对损伤源的定位以及模式识别具有重要意义。附图说明图1为本专利技术技术方案整体流程图；图2为本专利技术检测系统的连接示意图；图3a)为激励信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测系统，其特征在于：包括信号发生器、声发射仪、计算机、加筋板、平板及若干传感器，所述加筋板及平板的左侧设置有信号激励传感器，所述加筋板及平板的右侧设置有信号接收传感器，所述信号发生器连接分别连接至所述加筋板及平板的信号激励传感器，所述加筋板及平板的信号接收传感器均连接至声发射仪，所述声发射仪连接至所述计算机。/n

【技术特征摘要】
1.一种板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测系统，其特征在于：包括信号发生器、声发射仪、计算机、加筋板、平板及若干传感器，所述加筋板及平板的左侧设置有信号激励传感器，所述加筋板及平板的右侧设置有信号接收传感器，所述信号发生器连接分别连接至所述加筋板及平板的信号激励传感器，所述加筋板及平板的信号接收传感器均连接至声发射仪，所述声发射仪连接至所述计算机。


2.根据权利要求1所述的板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测系统，其特征在于：所述加筋板及平板上的信号激励传感器及信号接收传感器对称分布。


3.根据权利要求1所述的板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测系统，其特征在于：所述加筋板上的信号激励传感器与平板上的信号激励传感器位置对应；所述加筋板上的信号接收传感器与平板上的信号接收传感器位置对应。


4.根据权利要求1所述的一种板状结构加强筋对兰姆波作用效果的检测方法，其特征在于：所述检测方法的步骤为：
1)系统搭建：将信号激励传感器通过高真空硅脂耦合剂黏贴到加筋板的左侧，在平板上对应加筋板的相同位置处黏贴信号激励传感器；将信号接收传感器通过高真空硅脂耦合剂黏贴到加筋板的右侧，在平板上对应加筋板的相同位置处黏贴信号接收传感器；并将信号发射器、信号激励传感器、信号接收传感器、声发仪及计算机连接；
2)参数设置：将信号发生器的电压设置为2V，将宽频正弦叠加信号的表达式输入至信号发生器，令信号发生器发射激励信号至信号激励传感器；将声发射仪的阈值设置为40dB，采样率设置为3MHz，关注信号的最大频率为500kHz，在声发射仪的控制下，通过信号接收传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：李一博，王晢，芮小博，綦磊，刘嘉玮，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12