實驗名稱：激光和壓電傳感器密集型矩形陣列成像質量的比較分析

研究方向：Lamb波、無損檢測、缺陷成像和定位

測試目的：

將密集型矩形陣列分別與壓電傳感器檢測技術和激光檢測技術相結合，利用幅值成像和符號相干因子成像實現對鋁板結構中模擬缺陷的準確定位，并比較分析壓電傳感器檢測技術和激光超聲檢測技術的成像質量。

測試設備：ATA-2041功率放大器、函數發生器、數字示波器、壓電傳感器陣列

圖：密集型矩形壓電傳感器陣列實驗系統

實驗過程：

圖2：密集型矩形壓電傳感器陣列成像

實驗中搭建密集型矩形壓電傳感器陣列實驗系統，根據采集方法，可采集到240組數據。為了降低其他頻率的干擾，對采集到的陣列信號進行連續小波變換提取頻率40kHz下的信號。為了消除鋁板表面不一致等外界環境的影響，對連續小波變換后的信號進行歸一化處理，利用幅值成像和符號相干因子成像方法對預處理后的數據進行成像，結果如圖2所示，其中，圖中白色圓圈代表缺陷位置，白色圓點代表陣元點。

通過壓電傳感器陣列缺陷定位成像結果可知，將密集型矩形壓電傳感器陣列和幅值成像算法、符號相干因子成像算法相結合，能夠實現鋁板中模擬缺陷的定位。幅值成像與符號相干因子成像結果相比，符號相干因子成像能夠提高分辨率和信噪比，同時抑制旁瓣和柵瓣，使得成像結果幾乎沒有贗像。

圖3：密集型矩形激光超聲傳感器陣列成像

搭建激光超聲傳感器陣列實驗裝置，實驗裝置由激光超聲檢測系統和被檢對象鋁板組成。與壓電傳感器陣列采集的數據量相同，對采集到的陣列信號進行連續小波變換提取頻率40kHz下的信號，并進行歸一化處理，利用幅值成像和符號相干因子成像方法對預處理后的數據進行成像，結果如圖3所示，其中，白色圓圈代表缺陷位置，白色圓點代表陣元點。

通過激光超聲傳感器陣列缺陷定位成像結果可知，激光超聲傳感器陣列技術能夠有效地實現鋁板中模擬缺陷的準確定位。激光超聲傳感器陣列技術具有非接觸、點聚焦的優點，因此，與壓電傳感器陣列成像結果相比，激光超聲傳感器陣列成像結果贗像驟減，同時2種成像方法的對比度均有了較大的提高，進而改善了成像質量。

實驗結果：

通過對比圖2和圖3中2種成像結果，在閾值設定一樣的情況下，幅值成像對比度相對較高，而準確度較低。符號相干因子成像方法使成像的結果更加精確。不僅使缺陷位置準確識別，而且也很大程度上減少了贗像的產生。

1、提出了一種基于陣列數據相位差的符號相干因子成像方法，該方法能夠提高分辨率和信噪比，同時抑制旁瓣和柵瓣。

2、將壓電傳感器陣列和激光超聲傳感器陣列分別與幅值成像和符號相干因子成像相結合，實現了對鋁板中缺陷的有效定位。

3、通過將壓電傳感器陣列成像結果和激光超聲陣列成像結果對比，由于耦合不均勻、接觸面積大等原因，壓電傳感器陣列成像結果出現大量贗像。而激光超聲陣列具有非接觸、點聚焦的優點，其成像結果僅有少量贗像，缺陷定位更加準確。

安泰ATA-2041功率放大器：

圖：ATA-2041功率放大器指標參數

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審核編輯：湯梓紅