相控阵列包含有16个导波传感器,每个传感器相互独立。在利用超声导波雷达进行缺陷成像检测时,需要首先激发一个传感器,然后记录16个传感器接收到的导波信号,随后激发另外一个传感器,再记录16个传感器接收到的到波信号,最终将获得16×16路时域信号,每路时域信号对应一个激发-接收传感器组合。
由于超声导波具有频散特性,因此对相控阵列得到的信号处理方法具有自身特殊性。首先每路时域信号将通过FFT变换转变为频域,得到的频域信号将格局频散特性关系转换成波数域幅值。至此获得信号矩阵仍然为16×16路,为了实现对不同方向的扫描,需要使用相阵控算法,根据需要扫描的方向,每路信号将乘以一个相控系数然后相加。最后需要对信号矩阵每列进行逆傅里叶变换,将其从波数域转换成距离域。最终将形成缺陷图像,达到成像检测目的。
4 检测实例
本实例使用相控导波阵列对板状构件中缺陷进行了成像检测。相控阵列如上文介绍,使用16个Φ7×0.2mm压电晶片沿直径为50mm的圆周等距排列而成。被检测对象为2mm厚钢板,缺陷为半径为2mm的通孔,距离阵列中心500mm。导波激发信号为5周期汉宁窗调制的正弦波,中心频率为200kHz。
检测过程为每次使用1个传感器作为激发传感器,利用PCI-9846的四通道同时采集4个接收信号;然后通过多路开关单元更换另外4个传感器作为接收传感器,指导将16个传感器的接收信号全部采集完成。之后更换另外一个传感器作为激发传感器,重复上述过程,直至16个传感器均作为激发传感器。
接收到256路信号通过上文所述的相阵控信号处理方法处理,获得对缺陷的分布图像,如图7所示。
通过实例可已看出,超声导波可以对材料损伤进行检测,通过超声导波相控阵列可以对材料损伤分布进行成像,结果较为准确。
图7 超声导波雷达损伤成像
(导波阵列位中心位于原点处,模拟损伤为半径为2mm的通孔,损伤距离阵列中心500mm)
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