Lamb波板型结构中的宽频导波检测方法(3)
e.从缺陷部位来说，既可以是表面缺陷，也可以是内部缺陷。
板形构件尤其是厚度在6mm以下的薄板件，无论是在航空航天工业、汽车工业、船舶工业，还是在压力锅炉，大型化工容器方面均有广泛的应用。但是由于板件在成形过程中所带入的缺陷，如分层，夹杂，孔形缺陷，裂纹等，都会对制件的使用安全造成威胁。同时板件由于外部加载以及使用环境的变化，都可能引起其内部细小缺陷源的扩展，进而造成疲劳破坏事故。因此需要对这类板形构件进行无损检测。作为五大常规无损检测技术之一的超声波无损检测技术常用来检测制件内部的缺陷，由于它的检测能力强，甚至可以深入几米深的金属内部，同时作用于材料的超声强度有足够的低，最大作用应力远低于材料的弹性极限，此外所需的设备简单，对制件以及周围环境没有危害和污染[3]，所以在无损检测中应用得非常广泛。超声检测是使超声波进入待测试件，通过超声波与试件的相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，从而对试件进行宏观缺陷检测。超声无损检测常用的是纵波(压缩波)和横波(切变波)检测，可是对于薄板(尤其是厚度2mm以下的薄板)无论是横波探伤还是纵波探伤都很困难。事实上无论是横波斜入射还是纵波垂直入射进薄板中，当超声波传播一定距离之后由于薄板上下表面的不断反射使得此时的超声波已不再是普通的横波、者纵波了，而是一种新的超声波形式即兰姆波(Lamb wave)。Lamb波是超声波无损检测中最常见的一种导波形式，与常规超声的逐点扫查不同，Lamb波检测一次扫查一条线，并且收发探头可置于试件的同一侧，这在很多场合下是方便的，所以Lamb波检测对于薄板无损检测具有纵波和横波难以比拟的快捷、高效的特点，非常适合于板形结构的大面积无损检测。尽管金属薄板的无损检测是Lamb波技术的最早应用领域[4]。但是由于Lamb波理论及检测机理的复杂性，此项技术至今仍未取得重大突破，还存在许多不一致的观点和未解决的问题，如分层对Lamb波的散射机理，如何选择最佳探伤参数，如何克服有时可能发生的分层漏检，如何对缺陷进行定性、定量分析以及人工缺陷的选型等，这些都大大地限制了它在工业生产中的应用。国外有些大型钢铁公司曾在板材生产线上采用Lamb波自动探伤，但、是效果不明显。美国材料试验学会标准(ASTM)及宇航材料规范(AMS)均提出对金属薄板探伤可采用Lamb波，但是对其具体实施方法却未涉及[3]。J•Krautkramer[4]在他的著名“超声检测技术”中也未提出具体的办法，只是指出：“最佳角度与波型往往是用缺陷已知的试件试验时凭经验求出”。由于Lamb波传播和反射机理的复杂性，国外对Lamb波无损检测至今尚未制订相关标准，国内虽已先后制订了两项国标和一项专业标准[5-7]，但是这并不能说明这些问题都已得到妥善解决，这些标准仍有许多争议甚至是错误的地方[8]。Lamb波不仅可以用于薄板检测，还可以用于各种复合材料的检测与健康评价、用于大型桥梁、压力容器和输油汽管道的在线无损检测及安全监控，以及用于设计成全新概念的超声延迟线等[2]。对金属薄板中Lamb波无损检测技术的研究是基础，这对于Lamb波更深入的应用有着十分重要的意义。
Fourier分析诞生以来一直是人们进行信号分析与处理的最有效工具，这是一种全局性分析方法，无法表示信号的时频局部特性，因而其分析对象主要局限于统计量不随时间变化的平稳信号。但不平稳信号的存在更为广泛，如语音信号、生物医学信号、机械振动信号等。对这类非平稳信号如果沿用平稳信号的分析处理方法进行，其分析结果往往不甚理想，从而促使人们研究信号处理的新方法，使其可以表示信号的频率成分随时间变化的规律，这就是非平稳信号分析即时频分析方法产生的时代背景。时频分析的思想创始于1946年D．Gabor提出的Gabor变换和短时Fourier变换 ，之后时频分析的发展如火如荼，各种形式的时频分布被提出并予以多方应用，如短时Fourier变换、小波变换、Wigner-Ville分布和Cho-Williams分布等。时频分析旨在构造一种时间和频率的联合密度函数，以揭示信号中所包含的频率分量及其演化特性。