本文將與大家分享，ATA-4052高壓功率放大器在激光超聲檢測(cè)中增強(qiáng)反射波算法中的應(yīng)用研究，希望能對(duì)各位工程師有所幫助與啟發(fā)。

　　引言

　　激光超聲已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在無(wú)損檢測(cè)技術(shù)中[1]。激光超聲檢測(cè)技術(shù)一般是指激光作用在被檢測(cè)件上，由于燒蝕效應(yīng)或者熱彈效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生超聲波[2]。超聲波在傳播過(guò)程中，遇到結(jié)構(gòu)損傷時(shí)，將會(huì)與損傷發(fā)生較為復(fù)雜的物理過(guò)程，部分超聲波在缺陷處被反射，其中將攜帶損傷的相關(guān)信息。對(duì)反射的超聲波信號(hào)進(jìn)行分析處理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被檢測(cè)件進(jìn)行缺陷的評(píng)估。

　　激光作用在被檢測(cè)件上可以激勵(lì)出多種超聲波型。其中，瑞利波的激發(fā)效率最大，波形不易畸變，并且沿物體表面?zhèn)鞑ミ^(guò)程中衰減最小，所以選擇瑞利波作為檢測(cè)物體表面或者亞表面結(jié)構(gòu)損傷的波型。在實(shí)驗(yàn)上已成功實(shí)現(xiàn)了用激光脈沖成功激發(fā)出瑞利波。Temsamani等人則利用瑞利波進(jìn)行了有關(guān)材料特征方面的檢測(cè)與評(píng)價(jià)。在激光超聲檢測(cè)表面缺陷的常用方法中，主要有脈沖反射法、缺陷共振法、反射系數(shù)法和飛行時(shí)間法等[3]。

　　然而這些常用的方法中有一個(gè)亟待解決的問(wèn)題是反射波信號(hào)很微弱，而入射波信號(hào)卻很強(qiáng)，反射波被淹沒(méi)在入射波中[4][5]，這對(duì)后續(xù)的信號(hào)分析的準(zhǔn)確性有一定的影響，因此開(kāi)展減弱入射波，增強(qiáng)反射波的算法研究是十分有必要的。

　　1反射波的檢測(cè)及結(jié)果

　　1.1反射波的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

　　用激光振鏡對(duì)200mm*50mm*8mm（長(zhǎng)*寬*厚）的鋁板進(jìn)行B掃描，然后用瑞利波探頭探測(cè)激光激勵(lì)的瑞利波，分析處理得到瑞利波信號(hào)來(lái)探測(cè)鋁板表面的裂紋。分為兩組實(shí)驗(yàn)，第一組實(shí)驗(yàn)選用的被檢測(cè)件是表面有一條裂紋的鋁板，第二組實(shí)驗(yàn)作為參考實(shí)驗(yàn)，選用的被檢測(cè)件是表面無(wú)裂紋的鋁板。

　　第一組：在鋁板表面的掃描側(cè)距左邊界120mm處有一條平行于左邊界的裂紋，裂紋尺寸是0.1mm*0.2mm（寬度*深度）。選用Nd-YAG固體激光器作為激發(fā)源裝置，其激光脈沖波長(zhǎng)為1064nm，持續(xù)時(shí)間7ns，能量為1mJ，激光光束經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)調(diào)制后直徑聚焦為0.6mm。激光大在鋁板上，沿著預(yù)先設(shè)定的點(diǎn)進(jìn)行B掃描，瑞利波探頭固定在距左邊界側(cè)60mm處接收瑞利波，瑞利波探頭的中心頻率為2MHz，帶寬為2MHz，實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示.

　　第二組：與第一組實(shí)驗(yàn)相同的條件下，換用掃描面無(wú)裂紋的鋁板作參考實(shí)驗(yàn)。激光掃描點(diǎn)位置和超聲波檢測(cè)位置都與第一組實(shí)驗(yàn)都保持一致，實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)參數(shù)也均與第一組實(shí)驗(yàn)相同，實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖2所示。

　　激光掃描振鏡在鋁板的中心位置，沿著水平方向進(jìn)行掃描，如圖1所示。在距右邊界55mm處作為掃描起始點(diǎn)i=1，每次依次向左移動(dòng)5mm，經(jīng)過(guò)掃描點(diǎn)i=2,3,…,15，直至距左邊界70mm處，每個(gè)激光沖擊點(diǎn)水平間距為d=5mm。在掃描過(guò)程中，每個(gè)激光沖擊點(diǎn)都會(huì)有一個(gè)超聲波的產(chǎn)生，超聲波傳播到瑞利波探頭處則被數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理，分別標(biāo)記為Si(i=1,2,…15)。實(shí)驗(yàn)選用的數(shù)據(jù)采集卡是NI公司的PXIe-1062Q，實(shí)驗(yàn)采樣率為200MHz，采樣點(diǎn)數(shù)為15000。

　　1.2反射波的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)

　　上述兩組實(shí)驗(yàn)中無(wú)裂紋和有裂紋的鋁板實(shí)驗(yàn)結(jié)果，如圖3（a）（b）所示。分析對(duì)比圖3（a）（b），觀察到在圖3（b）中，激光激勵(lì)產(chǎn)生的超聲波在裂紋處發(fā)生了變化：入射的超聲波在裂紋處發(fā)生了反射和透射，然而在圖3（a）中卻沒(méi)有看到這一現(xiàn)象。反射波和透射波便會(huì)攜帶有關(guān)裂紋的相關(guān)特征，因此我們需要對(duì)它們進(jìn)行分析來(lái)得到裂紋的信息。但是在圖3（b）中，相比入射波的信號(hào)，對(duì)我們的信號(hào)分析工作有用的反射波的信號(hào)強(qiáng)度卻很弱，于是開(kāi)展了對(duì)于減弱入射波，增強(qiáng)反射波的相關(guān)算法研究。

　　2增強(qiáng)反射波的算法

　　在圖3（b）中我們可以看到超聲波信號(hào)在裂紋處發(fā)生了反射和透射，但是反射波信號(hào)強(qiáng)度很弱。入射波是由于激光作用在鋁板上熱彈效應(yīng)引起的，而反射波則是入射波遇到裂紋反射引起的。因此不同裂紋的鋁板上，入射波強(qiáng)度是一樣的，而反射波強(qiáng)度則不同。不同的激光沖擊點(diǎn)距離探頭的距離不一樣，而瑞利波的傳播速度是固定的，所以在不同的沖擊點(diǎn)上，入射的瑞利波到達(dá)探頭的時(shí)間不一致。

　　按照上述的算法，對(duì)2.1.1中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過(guò)上述算法處理得到的圖像如圖3所示。對(duì)比圖3（b），入射的瑞利波信號(hào)減弱了，而反射波的信號(hào)明顯增強(qiáng)了，達(dá)到了預(yù)期的結(jié)果。對(duì)探測(cè)和評(píng)估鋁板表面的裂紋來(lái)說(shuō)，入射波是噪聲，反射波是有用信號(hào)。信噪比的定義為：信噪比=20log（信號(hào)電壓/噪聲電壓），單位是分貝[6][7]。在圖3（b）中，信噪比為-14.51dB，圖4中，信噪比為-0.89dB，比之前提高了13.62dB。

　　ATA-4052高壓功率放大器

　　帶寬：（-3dB）DC~500kHz

　　電壓：310Vp-p（±155Vp）

　　電流：2.82Ap

　　功率：437.1Wp

　　壓擺率：345V/μs

　　可程控

　　3結(jié)論

　　本文給出了一種在無(wú)損檢測(cè)中，可以增強(qiáng)由裂紋引起的反射波信號(hào)強(qiáng)度的算法。激光作用在鋁板上，由于熱彈效應(yīng)在激光激勵(lì)處產(chǎn)生了超聲波，其中瑞利波沿著鋁板表面?zhèn)鞑ァＨ鹄ㄔ阡X板表面?zhèn)鞑ミ^(guò)程中，若遇到鋁板表面的裂紋，便會(huì)與之相互作用，其中一部分瑞利波被反射。在裂紋處，入射的瑞利波是由熱彈效應(yīng)引起的，與裂紋無(wú)關(guān)。然而反射波則是由于入射波被裂紋反射引起的，于是反射波攜帶了大量有關(guān)裂紋的相關(guān)信息。反射波作為有用信號(hào)，入射波作為噪聲信號(hào)，本文中的算法減弱了入射波強(qiáng)度，增強(qiáng)了反射波強(qiáng)度，提高信噪比13.62dB，這對(duì)探測(cè)和評(píng)估裂紋表面的裂紋是至關(guān)重要的。

　　參考文獻(xiàn)

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