基于超声能量扩散多层非一致介质界面剥离损伤检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超声能量扩散多层非一致介质界面剥离损伤检测方法，包括设计具有不同界面脱离损伤工况的模型试件；利用信号发生器作为激励源激励压电驱动器发射超声波信号，对采集到的超声回波信号进行去噪、光滑、滤波处理，进行矩形窗格划分后对各时间窗格进行快速傅里叶变换，求解频窗频散能量；对各频窗能量全部组合，求解总能量的对数值；运用改进的三维超声能量扩散方程数据拟合超声能量扩散系数及超声能量耗散系数；基于以上两个参数选择最佳激励频率；基于归准化的损伤信息表征参数对无界面脱离及有界面脱离情况进行标定，构建损伤判定模型。本发明专利技术可准确对微小剥离损伤尺寸精准识别，并实现定量识别多层非一致介质中的剥离损伤。致介质中的剥离损伤。致介质中的剥离损伤。

【技术实现步骤摘要】
基于超声能量扩散多层非一致介质界面剥离损伤检测方法


[0001]本专利技术涉及超声无损检测的主动检测技术科研领域，涉及一种基于超声能量扩散多层非一致介质界面剥离损伤检测方法。

技术介绍

[0002]超声检测技术在结构基础设施安全性、材料性能检测中具有十分广泛的应用，例如：材料无损探伤、损伤形式及尺寸探测等。由于不同介质脱离的超声应力波波动模态、脱离状态及形状对提取的信号信息都存在影响，细小的介质脱离对信号信息提取的难度会增大，因此，有效采集超声信号及提取信号的完整脱离损伤信息是提高检测精度的必要手段。
[0003]2000年，首次提出利用超声波对不同介质之间的界面粘结情况进行检测
[1]，结果表明所测得的声学参数能大致反应两者间的粘结情况，但是当时的超声仪器限制导致测量结果精确度有限。
[0004]2002年，首次基于压电陶瓷PZT传感器对采集的超声波信号进行机电阻抗分析
[2]，结果显示界面损伤附近传感器损伤因子变化明显，较远的位置影响较小，且无法确定损伤的绝对尺寸和形状细节信息。
[0005]2013年，首次基于压电陶瓷传感器采集的超声波信号检测非一致介质界面脱离损伤
[3]，根据采集的超声波信号进行小波包加权分析，表明该方法对达尺度脱离损伤效果较好，但对于微小脱离损伤分析有一定的识别难度。
[0006]由上可知，超声检测技术从以往的设备厚重逐渐发展到方便操作、小巧、集驱动和传感功能为一体的压电材料传感器，该传感器抗信号干扰能力强、反应灵敏，为超声检测提供了有利工具。但是，通过采集得到的有效超声信号准确分析其内部损伤信息是困难的，因此提出基于超声能量扩散方法对界面脱离损伤信息
[0007]进行分析提取。
[0008]2001年，首次将超声能量扩散方法应用到多相复合界面介质中检测内部损伤
[4]，并根据三维超声能量扩散方程提出超声能量扩散系数及耗散系数，可表征内部微小损伤情况。
[0009]2013年，通过对比扩散率及耗散率评估在模拟海洋环境下的不同试件中非一致介质界面的分离及愈合情况
[5]，表明以上两个参数可以表明介质的自愈合情况。
[0010]2019年，基于超声能量扩散方法探讨了激励频率、传感器间距及界面脱离程度对超声波扩散系数及耗散系数的影响
[6]，表明该方法对微小脱离损伤较为敏感。
[0011]由于非一致介质界面脱离损伤的隐蔽性及不可见性，因此建立超声主动检测系统对损伤精准检测就至关重要。基于超声能量扩散方法对分窗后时域信号进行精确能量计算，并在细小窗格中提取损伤信息并全部组合，保证信号中损伤信息的完整性，确保有效识别微小界面脱离损伤。因此，研究基于超声能量扩散法对界面脱离损伤的超声检测具有重要意义。
[0012][参考文献][0013][1]Li等人，《Civil Engineering Institution》第53卷，26
‑
32页，题目为《Using ultrasonic method to examine the quality of CFST》。
[0014][2]TSENG等人，《Smart Materials and Structures》第11卷，317
‑
329页，题目为《Non
‑
parametric damage detection and characterization using smart piezoceramic material》。
[0015][3]许斌等人，《Journal of Structural Engineering》第139卷，1435
‑
1443页，题目为《Active Debonding Detection for Large Rectangular CFSTs Based on Wavelet Packet Energy Spectrum with Piezoceramics》。
[0016][4]Anugonda等人，《Ultrasonics》第38卷，55
‑
86页，题目为《Diffusion of ultrasound in concrete》。
[0017][5]In等人，《NDT&E International》第57卷，36页
‑
44页，题目为《Monitoring and evaluation of self
‑
healing in concrete using diffuse ultrasound》。
[0018][6]Ahn等人，《Cement and Concrete Research》第124卷，58页
‑
67页，题目为《Effectiveness of diffuse ultrasound for evaluation of micro
‑
cracking damage in concrete》。

技术实现思路

[0019]针对上述现有技术，本专利技术提出一种基于超声能量扩散多层非一致介质界面剥离损伤检测方法，搭建对不同非一致介质界面脱离损伤识别的超声无损检测体系。该方法通过对压电传感器接收的回波信号进行去噪、光滑、滤波等处理，并进行快速傅里叶变换求出各频窗信号总能量，并运用三维超声能量扩散方程拟合出两个能量及衰减速率表征系数：超声能量扩散系数D及超声能量耗散系数σ。最后基于以上两个参数，构建界面脱离损伤判定模型，可对不同非一致介质界面脱离损伤尺寸快速、精准识别。
[0020]为了解决上述技术问题，本专利技术提出的一种基于超声能量扩散多层非一致介质界面剥离损伤检测方法，包括下列步骤：
[0021]步骤1)设计具有不同界面脱离损伤工况的模型试件，利用信号发生器作为激励源激励压电驱动器发射超声波信号，并采用示波器采集超声回波信号；对采集到的超声回波信号进行去噪、光滑、滤波处理；对处理后的信号进行矩形时间窗格划分，后对各时间窗格进行快速傅里叶变换，求解频窗能量；对各频窗能量进行组合，求解所有时间窗格总能量的对数值；
[0022]步骤2)运用改进的三维超声能量扩散方程通过数据拟合得到两个损伤信息表征参数：超声能量扩散系数D及超声能量耗散系数σ；基于以上两个参数选择最佳激励频率；基于归准化的损伤信息表征参数对无界面脱离及有界面脱离情况进行标定，构建损伤判定模型，利用该损伤判定模型对不同非一致介质界面脱离损伤尺寸进行识别。
[0023]进一步讲，本专利技术所述的基于超声能量扩散多层非一致介质界面剥离损伤检测方法，其中：
[0024]步骤2)的具体过程如下：
[0025]基于步骤1)得到的总能量的超声能量对数值，运用如式(1)所示的改进的三维超声能量扩散方程通过数据拟合得到两个损伤信息表征参数：超声能量扩散系数D及超声能
量耗散系数σ；
[0026][0027]式(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超声能量扩散多层非一致介质界面剥离损伤检测方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1)设计具有不同界面脱离损伤工况的模型试件，利用信号发生器作为激励源激励压电驱动器发射超声波信号，并采用示波器采集超声回波信号；对采集到的超声回波信号进行去噪、光滑、滤波处理；对处理后的信号进行矩形时间窗格划分，后对各时间窗格进行快速傅里叶变换，求解频窗能量；对各频窗能量进行组合，求解所有时间窗格总能量的对数值；步骤2)运用改进的三维超声能量扩散方程通过数据拟合得到两个损伤信息表征参数：超声能量扩散系数D及超声能量耗散系数σ；基于以上两个参数选择最佳激励频率；基于归准化的损伤信息表征参数对无界面脱离及有界面脱离情况进行标定，构建损伤判定模型，利用该损伤判定模型对不同非一致介质界面脱离损伤尺寸进行识别。2.根据权利要求1所述的基于超声能量扩散多层非一致介质界面剥离损伤检测方法，其特征在于，步骤2)的具体过程如下：基于步骤1)得到的总能量的超声能量对数值，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李宁，张海月，高树灵，李忠献，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：