實驗名稱：基于Lamb波的合成孔徑無損探傷方(fang)法的研究

　　研究方向：在掌握(wo)了Lamb波(bo)在薄鋁板(ban)中(zhong)的(de)傳(chuan)播模型的(de)基(ji)礎上，根(gen)據洛侖茲力的(de)Lamb波(bo)的(de)激(ji)發原理(li)，設計出了能夠激(ji)發單一A0模態(tai)Lamb波(bo)的(de)EMAT換能器，并(bing)結合Lamb波(bo)的(de)傳(chuan)播特點(dian)與(yu)被(bei)檢(jian)測的(de)板(ban)材的(de)結構特征(zheng)，提(ti)出了一種新的(de)基(ji)于傅(fu)立(li)葉域的(de)合成(cheng)孔徑(jing)聚焦成(cheng)像(xiang)算(suan)法，并(bing)利用此算(suan)法完成(cheng)了鋁板(ban)中(zhong)方形(xing)通孔的(de)損傷成(cheng)像(xiang)實(shi)驗。

　　實驗目的：設計專用EMAT換能(neng)器(qi)能(neng)激發單一模態Lamb波(bo)，并且本文提(ti)出的(de)改進的(de)合成(cheng)孔徑聚焦成(cheng)像(xiang)算法(fa)能(neng)顯著提(ti)高(gao)板狀(zhuang)材料(liao)損傷成(cheng)像(xiang)的(de)分辨率。這為(wei)Lamb波(bo)的(de)單一模態激發，為(wei)Lamb波(bo)在(zai)板中損傷成(cheng)像(xiang)的(de)應用提(ti)供了(le)理論基(ji)礎。

　　測試設備：射頻功率放大器(qi)(qi)(qi)、前置放大器(qi)(qi)(qi)、示波器(qi)(qi)(qi)、換能器(qi)(qi)(qi)

　　實驗過程：

　　先制作(zuo)完成EMAT換能器，在(zai)進行Lamb波激發實驗之前，首先要(yao)(yao)完成實驗環境的搭(da)建。由于EMAT換能器換能效率(lv)較(jiao)低(di)，需要(yao)(yao)配備(bei)合理的模擬設備(bei)，處理接(jie)收(shou)到(dao)的回波，其中包括放大，濾(lv)波等過(guo)程。下(xia)圖表(biao)示(shi)的是(shi)Lamb波激發實驗示(shi)意圖：

　　從圖中可以(yi)看出，實(shi)驗的(de)(de)被(bei)測(ce)薄板是(shi)1mm厚(hou)的(de)(de)鋁板，通(tong)入(ru)EMAT換(huan)能(neng)器(qi)的(de)(de)激勵信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)為(wei)(wei)周期為(wei)(wei)7的(de)(de)脈沖激發信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)，由信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)發生器(qi)產生，頻率為(wei)(wei)132kHz的(de)(de)脈沖激發信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)。信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)源產生的(de)(de)輸入(ru)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)沒(mei)有直接加載給發射(she)(she)EMAT換(huan)能(neng)器(qi)，中間由型號(hao)(hao)(hao)為(wei)(wei)ATA-8035射(she)(she)頻放(fang)大器(qi)進行驅動，而后，輸入(ru)到曲折(zhe)線圈的(de)(de)脈沖激發信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)與(yu)被(bei)測(ce)金屬(shu)樣品(pin)中感(gan)應出的(de)(de)渦流(liu)與(yu)永久磁鐵提供的(de)(de)磁場(chang)產生的(de)(de)洛(luo)侖(lun)茲(zi)力(li)驅動板中的(de)(de)粒子振動，振動以(yi)波的(de)(de)形式向前(qian)傳(chuan)播。傳(chuan)播的(de)(de)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)(hao)被(bei)接收換(huan)能(neng)器(qi)捕捉，并經由前(qian)置放(fang)大器(qi)進行放(fang)大之后，以(yi)二進制的(de)(de)形式存儲在(zai)示波器(qi)中。實(shi)驗探頭由兩(liang)個EMAT換(huan)能(neng)器(qi)組成（發射(she)(she)EMAT換(huan)能(neng)器(qi)和接收EMAT換(huan)能(neng)器(qi)），實(shi)驗采用的(de)(de)收發方式為(wei)(wei)Pitch-Catch類(lei)型。

　　1）選(xuan)取(qu)三(san)個(ge)激發頻率產(chan)生(sheng)A0模(mo)態波，選(xuan)擇(ze)的依(yi)據分別(bie)為130kHz（最(zui)(zui)佳激發頻率附近），110kHz（低于最(zui)(zui)佳激發頻率），150kHz（高于最(zui)(zui)佳激發頻率），進行三(san)組對照試驗，驗證最(zui)(zui)佳激發頻率的正確性。

　　2）為了使試(shi)驗(yan)(yan)(yan)結(jie)果更具(ju)有說服力，本實(shi)驗(yan)(yan)(yan)進行A0模態(tai)波的掃頻實(shi)驗(yan)(yan)(yan)，并(bing)采集記錄(lu)A0模態(tai)Lamb波的峰值，完(wan)成對照試(shi)驗(yan)(yan)(yan)，以保證每個波包的分析(xi)確認。

　　圖(tu)(tu)：A0模態(tai)Lamb波在不(bu)同(tong)激發頻率下(xia)的波形圖(tu)(tu)

　　從上圖中(zhong)可以(yi)看(kan)出，產生最(zui)大(da)幅值A0模態Lamb波(bo)的(de)(de)中(zhong)心頻(pin)率(lv)為132kHz。而低于最(zui)佳(jia)(jia)激發(fa)(fa)(fa)頻(pin)率(lv)或者高于最(zui)佳(jia)(jia)激發(fa)(fa)(fa)頻(pin)率(lv)的(de)(de)A0模態Lamb波(bo)信號(hao)都較弱，這進一步驗證了前面曲折(zhe)線圈(quan)設(she)計的(de)(de)正確性以(yi)及激發(fa)(fa)(fa)頻(pin)率(lv)計算(suan)的(de)(de)準確性。

　　為了避免(mian)出現誤(wu)差，然(ran)后又進行了掃頻(pin)實驗。當激(ji)發頻(pin)率(lv)從100kHz以1Hz的變化增(zeng)長到(dao)150kHz是，接收(shou)EMAT換能器首次接收(shou)到(dao)的A0模(mo)態回波的峰值信息(xi)如下圖所(suo)示：

　　圖(tu)：首次(ci)接收到的A0模態(tai)波峰值隨頻率的變(bian)化關系

　　當激(ji)發頻(pin)率以在100KHz-160KHz逐漸(jian)變(bian)化時，接收EMAT換能器首次接收到的A0模態峰(feng)值(zhi)隨(sui)著頻(pin)率的增(zeng)加(jia)先增(zeng)加(jia)后(hou)減少，并(bing)在132kHz是達到峰(feng)值(zhi)，其最大的幅值(zhi)大小為(wei)0.0502mv，這進一步驗證了3.3小節理論(lun)(lun)分析最佳激(ji)發頻(pin)率的準(zhun)確性，為(wei)后(hou)面A0模態Lamb波做無(wu)損檢測實驗提供(gong)了理論(lun)(lun)基礎。

　　實驗結果：

　　Lamb波(bo)(bo)模態(tai)(tai)識別常用的(de)(de)方法(fa)是利(li)用群速(su)度和頻厚積(ji)之(zhi)間的(de)(de)關(guan)系，通過波(bo)(bo)形(xing)(xing)傳(chuan)播的(de)(de)時間來計(ji)算對(dui)應模態(tai)(tai)波(bo)(bo)的(de)(de)傳(chuan)播速(su)度，或者(zhe)根據波(bo)(bo)包(bao)(bao)所在位置判(pan)斷該次波(bo)(bo)包(bao)(bao)是否為(wei)端面反射回波(bo)(bo)，然后，在對(dui)波(bo)(bo)形(xing)(xing)進行頻域(yu)分析，計(ji)算A0模態(tai)(tai)波(bo)(bo)的(de)(de)中心頻率(lv)，并與實驗設置的(de)(de)激發頻率(lv)進行對(dui)比，進而(er)對(dui)波(bo)(bo)形(xing)(xing)的(de)(de)模態(tai)(tai)和每(mei)個出現在回波(bo)(bo)信號上的(de)(de)波(bo)(bo)包(bao)(bao)進行識別。

　　下圖表示的是激(ji)發中(zhong)心頻率為(wei)132kHz時接收到的回波信號：

　　圖：132kHz頻率下(xia)接收到的A0模(mo)態(tai)Lamb波(bo)回波(bo)信(xin)號

　　下圖表示的是激發中心(xin)頻率(lv)為132kHz時的回波頻譜信(xin)號分(fen)析(xi)圖：

　　圖(tu)：132khz下的A0模態(tai)Lamb波頻(pin)譜分析

　　實(shi)驗所(suo)得的(de)信號(hao)中心頻率(lv)(lv)為(wei)130kHz，與實(shi)驗計算的(de)最佳激發頻率(lv)(lv)132kHz相(xiang)差(cha)(cha)無幾，誤差(cha)(cha)僅(jin)為(wei)1.5%，理論群(qun)速度和實(shi)驗所(suo)得的(de)群(qun)速度誤差(cha)(cha)為(wei)4.2%。因此，在誤差(cha)(cha)允(yun)許的(de)范圍內可(ke)以認為(wei)，該實(shi)驗接(jie)收到的(de)回(hui)波信號(hao)為(wei)單一A0模態Lamb波信號(hao)。

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