超聲檢測:薄板中超聲導波傳播模態信號分析方法

2020-12-08 中國檢測網

　　Lamb(蘭姆)波是二維波,與三維體波相比具有衰減速度慢,傳播距離遠的特點,因此常被用於大型板材的長距離及快速無損檢測中.板材中蘭姆波與管中、變截面波導介質中的導波一樣,具有頻散性與多模態性.加上環境噪聲等多方面因素的影響,導波檢測時傳感器接收到的Lamb波信號非常複雜,屬於非平穩隨機信號,需要利用有效的信號處理技術提取有用的信息成分才能確定合適的激勵方式,獲得更好的檢測成像效果.傳統的處理Lamb波信號的方法包括反射係數法、傅立葉變換法、小波變換法、動態光彈法等,但是這些方法都有各自的不足.反射係數法是通過測量漏蘭姆波的頻散曲線來確定材料的性質,但測量難度較大.傅立葉變換隻能處理線性非平穩的信號.小波變換法雖然在理論上能處理非線性非平穩信號,但是同傅立葉變換、短時傅立葉變換法一樣,都受Heisenberg測不準原理制約,即時間窗口與頻率窗口的乘積為一個常數,這就意味著如果要提高時間精度就得犧牲頻率精度,反之亦然.當蘭姆波中不同模態的頻率比較接近時,不適用小波變換處理信號.動態光彈法能從Lamb波的應力分布觀察到傳播和頻散,但是在實際檢測中對硬體要求較高.

 


 

 

　　HilbertＧHuang變換(HHT)是一種近幾年發展起來的一種自適應信號處理方法,不受Heisenberg測不準原理制約,可以在時間和頻率上同時達到很高的精度,非常適用於分析突變信號.筆者以薄壁鋁板為研究對象,利用雙重時間尺度的方法,即採用二維傅立葉變換法整體傳播時間尺度,HilbertＧHuang變換從單一信號時間尺度,將二者相結合對在鋁板中不同位置採集到的Lamb波信號作數據處理與分析,與半解析有限元法得到蘭姆波的頻散曲線相對照,進而識別與分析鋁板中蘭姆波模態,獲得較高的時間解析度.

 

　　１薄板中超聲導波分離模態信號分析方法

 

　　１．１傳播特性的半解析有限元分析

 

　　在邊界自由的固體板中,板材厚度與激勵聲波波長數量級相當時,在板中產生的應力波就是Lamb波.根據薄板兩表面質點振動相位關係,Lamb波分為對稱型Lamb波和反對稱型Lamb波,分別用Sn、An表示,n為模態的階次(n＝０,１,２,３

相關焦點

  • 學術簡報︱新型電磁超聲換能器,小尺寸板材缺陷檢測效率高
    在航空航天、軌道交通和重型裝備工程領域中，小型零部件的損壞將危及結構的整體安全，超聲法是應用廣泛的無損檢測方法之一。但是對於小尺寸試件的超聲檢測存在諸如近場盲區、邊界反射複雜等問題。為確保重大結構和裝備的安全穩定運行，如何實現小尺寸試件的缺陷可靠檢測尚有待進一步研究。超聲蘭姆波因其對表面和次表面缺陷具有一定的敏感性，被廣泛應用於板材結構中的損傷檢測。
  • 超聲導波技術在鋼板對接焊縫缺陷中的檢測
    缺陷的類別是決定缺陷對焊縫強度危害程度的重要因素，因此本文著重研究了使用新型超聲導波實驗檢測設備對人工標準焊縫缺陷板中的缺陷進行檢測，並對試驗結果進行定性分析;為實際焊縫檢測操作提供依據。(即模態)，當超聲導波在板中傳播時遇到焊縫的缺陷後，就會出現模態轉換，並且波形有不同程度頻散和衰減，通過對缺陷回波的數值分析和信號處理，可以得到缺陷位置和大小等信息[1]。
  • 無損檢測:複合材料的超聲檢測技術
    國內魏勤等人利用超聲C掃描對碳化矽顆粒增強鋁基複合材料試樣進行了檢測，可以清晰地看出材料中的團聚和孔洞。浙江大學王豔穎針對大型非對稱複合材料構件提出了一種超聲C掃描檢測方法，該方法集機器人、反求工程、超聲成像、超聲信號處理等多學科技術於一體，實現了實時檢測時對構件曲面跟蹤和靈敏度實時補償的功能。
  • 前沿研究丨深度學習在醫學超聲圖像分析中的應用
    文章指出，在醫學超聲圖像分析中，深度學習展示了巨大的應用潛力，簡要介紹了一些流行的深度學習結構，討論了深度學習方法在超聲圖像分析的各種特定任務（如圖像分類、物體檢測與目標分割）中的應用。文章指出了深度學習在醫學超聲圖像分析應用中所面臨的挑戰以及潛在的發展趨勢。
  • ...分子共組裝與生物功能分子響應解組裝策略開展多模態活體成像分析
    、穀胱甘肽（GSH）響應的三模態分子影像探針，利用分子共組裝和響應性解組裝過程，產生螢光/19F MRS/1H MRI三種模態信號變化，應用於肝臟中GSH水平的無創、實時監測，進而快速評估脂多糖誘導的急性肝炎和抗炎藥物療效。
  • 作者特稿︱鋁板塑性損傷的電磁超聲非線性檢測新方法
    」），針對材料早期微損傷檢測這一熱點問題，提出基於二次諧波累積效應的電磁超聲Lamb波非線性檢測方法，並將其應用於鋁板的塑性損傷檢測。鋁材的塑性變形並不能導致材料的彈性模量、聲速、聲衰減等材料聲屬性大尺度的變化，因此常規超聲檢測方法往往是失效的。材料存在塑性損傷時，相關區域的應力應變呈非線性關係，從而使得傳播至該區域的超聲波產生了以二次諧波為主的高次諧波。非線性超聲檢測方法正是基於材料的這一非線性特徵以實現材料微損傷檢測與性能評估。
  • 飛天眾智:「私人訂製」超聲C掃描檢測系統
    而在工業技術中，無損檢測技術與製造業的發展是緊密相連的。超聲無損檢測作為無損檢測的一部分起著非常重要的作用。超聲C掃描技術是超聲無損檢測掃描方式的一種，它是將超聲檢測與微機控制和微機進行數據採集、存貯、處理、圖像顯示集合在一起的技術。超聲無損檢測技術在20世紀30年代就已經開始應用了，並且在60年代初期已經成為比較可靠有效的檢測方法。
  • 南京大學葉德舉教授課題組提出分子共組裝與生物功能分子響應解組裝策略開展多模態活體成像分析
    、穀胱甘肽（GSH）響應的三模態分子影像探針，利用分子共組裝和響應性解組裝過程，產生螢光/19F-MRS/1H-MRI三種模態信號變化，應用於肝臟中GSH水平的無創、實時監測，進而快速評估脂多糖誘導的急性肝炎和抗炎藥物療效。
  • 北京協和醫院超聲醫學科楊萌發表於ULTRASOUND MED BIOL的研究
    ，並可對超聲和光聲信號定量分析，實現對炎性區域VEGF表達的在體定量評估。方法及結果本研究使用的微泡在螢光顯微鏡下表現為透明圓形球體，平均直徑為2.26±0.01 mm，流式細胞學檢測及螢光成像提示，雙標記生物素-FITC的VEGFR2抗體與標記親和素的微泡可特異性結合。
  • 慧眼「辨」結節:多模態超聲監測乳腺結節
    高解析度彩超是近年來乳腺檢查的首選，無輻射，檢查率高，花費低（但因為病人多，可能需要一定的時間等待）可以根據乳腺結節的形態、性狀、血流信號等綜合起來初步判斷乳腺結節的良惡性。超聲中往往會根據指南對乳腺病變進行分級：BI-RADS1-3級：基本為良性病變，惡性比例極低，不超過2%，建議短期（一般建議3～6個月）隨訪。BI-RADS4級：可疑惡性病變，惡性可能性3%～94%，建議活組織檢查，具體又細分為4A,4B,4C三級，C級時約50%-94%的惡性比例。BI-RADS5級：高度可能惡性，惡性可能性≥95%，應採取積極的診斷及處理。
  • 模態分析方法簡介:實模態和復模態,及實模態提取技術
    擬合頻段復模態理論中傳遞函數在k點激勵，則f點響應的留數表達式為：由上述兩個留數表達式可以看出，傳遞函數共振峰處復模態的相位與實模態相位的差別在於多出的復留數相位αr，由傳遞函數的逆變換可以得到脈衝響應函數，由此可以得到物理坐標系中結構的自由響應表達式。式中，φkr表示振型幅值；Ω表示模態頻率；θ表示相位角。
  • 振動與模態分析的主要概念
    模態參數識別：以模態參數模型為基礎，模態參數作為識別目標。優點：模態參數從整體上反映結構的固有振動特性，需識別的參數少，模態參數識別是系統識別的基本要求，是物理參數識別的基礎，也是模態分析的主要任務。根據具體的方法和手段，模態分析分為理論模態分析和實驗模態分析。理論模態分析：即模態分析的理論過程。理論模態分析是以線性振動理論為基礎，研究激勵、結構、響應三者的關係，即通過結構的物理參數模型獲得模態參數模型，進而導出非參數模型。
  • 微納米材料在超聲診療學中的應用進展_微納米材料_超聲診療_影像科...
    因此，超聲分子影像一直以來都是分子影像中研究的重點之一。近年來超聲分子影像的研究熱點多基於空化效應，空化效應是一種物理現象，液體中的微氣核（空化核）在聲波的作用下產生振蕩，當聲壓超過一定值時會發生膨脹、收縮至內爆等一系列變化。
  • 模態分析在產品設計中的用處
    模態是結構的固有振動特性，每一個模態具有特定的固有頻率、阻尼比和模態振型。這些模態參數可以由計算或試驗分析取得，這樣一個計算或試驗分析過程稱為模態分析。有限元中模態分析的本質是求矩陣的特徵值問題，所以「階數」就是指特徵值的個數。將特徵值從小到大排列就是階次。實際的分析對象是無限維的，所以其模態具有無窮階。
  • 無線探空儀回波信號的變分模態分解與降噪研究
    然而實際的探測數據中往往夾雜著大量的隨機噪聲，特別是在風場數據中，存在著強烈的非線性非平穩穩定噪聲，有時甚至幾乎能將信號淹沒[6]，這些噪聲的存在也影響著後續科學研究的真實可靠性。然而這些方法也各有優缺點，小波變換在時域和頻域都具有較好的表現，然而存在著基函數的選取問題，無法自適應地處理信號[10]；EMD方法可以按照信號本身的特點對於複雜的原始信號進行分解，得到若干個尺度不一樣的本徵模態函數(Intrinsic Mode Function，IMF)，可以分析信號的瞬時幅值、瞬時頻率等實時特徵，然而卻容易引起模態混疊、邊界效應等問題，目前還缺乏良好的理論性論證
  • 實驗模態分析簡介及其基本的試驗流程
    實驗模態分析主要是通過模態實驗，測量系統的振動響應信號或同時測量系統的激勵信號、響應信號，從測量到的信號中，識別描述系統動力特徵的有關參數
  • 脈衝寬度和信號頻率對超聲信號影響
    【摘要】通過設置不同的負方波脈衝寬度和不同頻率的正弦信號激勵250KHz探頭，通過接收信號強度分析並驗證了最佳激勵信號的設置：負方波激勵時最佳脈衝寬度滿足
  • 實驗模態分析的測試設備
    模態分析試驗在結構性能評價、結構動態修改和動態設計、故障診斷和狀態監測以及噪聲控制分析等方面有重要作用，尤其是對基於有限元的結構動態設計和動態修改具有重要意義。模態分析試驗是已知激勵和響應，求系統的模態參數。
  • 直觀解密-超聲-固體中的縱波
    > 大家好，感謝大家對我們的長久關注，從本期開始，我們將陸續發布直觀解密-超聲系列
  • 多模態數據融合：方法、挑戰和展望
    定義 1.2: 數據融合 是對幾個數據集的分析，以便不同的數據集可以相互作用和相互產生信息的分析方法。什麼是多模態？為什麼我們需要多模態？模型驅動的方法模型驅動的方法依賴於基礎過程的明確的現實模型，並且如果假設是合理的並且模型成立，通常是成功的。然而由複雜系統生成的多模態數據集的背景下，人們對模態之間的潛在關係知之甚少。數據集和數據類型之間的交互並不總是為人所知或充分理解的。因此，本文作者更建議大家關注數據驅動的方法。