Lamb波板型结构中的宽频导波检测方法(4)
1.3 Lamb波激励信号
Lamb波在不同厚度板及不同激发频率下会产生不同的传播模式，而不同的传播模式对不同的缺陷会有不同的敏感性。因此，正确选择Lamb波的模式对缺陷探测十分重要。而激励信号是决定响应中所产生的Lamb波模式的主要因素。因此在Lamb波缺陷检测中，激励信号的选取是一个很重要的问题。总体来看，Lamb波激励方法按激励信号的频带宽度可分为窄带激励与宽带激励。以往采用的较为实用的、成熟的激励信号大多为窄带脉冲信号[31-33]，因为窄带信号的激励响应为简单平稳的信号，且频带窄易于分析，而宽带信号在材料中传播情况复杂，宽带激励响应一般为非线性非稳态信号，为信号的获取以及后期的分析带来很多不便。而最新的研究表明[34-36]，宽带激励响应对材料与结构的多种缺陷和多处缺陷的反应更敏感、更全面。
采用宽带激励Lamb波来检测平板缺陷的主要思想，就是能从一次检测的宽带激励响应中，使用时频分析等信号等信号处理方法分析不同频段的结构响应，从而进一步全面地分析结构的缺陷情况，可减少检测次数，提高检测效率和检测精度。由于Lamb波的复杂性，当多模式和频散同时存在时，对检测信号进行识别通常是很困难的。所以在检测过程中，选择频率时往往选取模式少、频散现象不明显的频段。但是近期研究表明[56]，以前尽量避免的频散现象恰恰可以作为检测的重要参数，可以利用Lamb波的频散特性对分层和脱胶等危害复合材料的损伤进行检测。
将宽带信号激发Lamb波用于平板结构的缺陷检测是最近几年出现的，由于基于宽带激励Lamb波的缺陷检测所采用的设备要求较高、信号处理工作复杂，所以目前还没有得到广泛的应用。目前，大量的工作集中在对宽带激励响应信号的分析上。正是因为宽带激发所具有的优点和广阔前景，本文采用宽带激励方式来激发Lamb波。采用的激励信号为矩形尖脉冲，即采用的是宽带激发，因此产生的是宽带超声波。通过探头的选频作用使得在板中产生的Lamb波为具有一定带宽，且频带处在探头中心频率附近[61]。
选择采用宽带激发方式。最后采用宽带激励信号在铝板中激发出Lamb波,并对检测信号进行了分析，可知无论采用斜探头还是采用直探头在薄板中均能激发出Lamb波。同时验证了Lamb波的频散特性，即Lamb波的群速度随着激发频率的改变而发生变化。以及得出结论认为仅从时域或者频域都无法对Lamb波这一非平稳信号进行模式识别。
在Lamb波检测中，理想的情况下希望能够激发单一的导波模态，但在实际应用过程中，虽然依据频厚积、入射角与频散曲线的关系图可以尽可能的减少激发的导波模态数量，但要想只激发单一的模态是十分困难的。而且Lamb波在薄板中传播时会发生频散和模态转换现象，因而使Lamb波检测的应用变得非常复杂。随着信号处理技术的发展、分析手段的增多，通过信号处理技术来对Lamb波检测信号进行分析通常可以获得更多的信息，且由于Lamb波的频散特性以及多模态特征，应用信号分析是十分有必要的。面对众多的信号处理方法，哪种信号处理方法适合于Lamb波信号的处理则是函待研究的[39]。
1.4 时频分析信号处理方式
超声导波检测作为一种高效的无损检测手段。在大型板壳的缺陷检测中有很好的应用前景。但是，导波信号是一种非平稳信号，存在频散现象。由于普通探伤仪的激励信号是脉冲信号，频谱比较宽，故由普通探伤仪激发出的导波通常至少包含有两种模式，这些模式在时域内通常会混叠在一起，难于分辨；当遇到边界和缺陷时，导波信号会发生模态转换，信号频率成分发生变化。所以，导波信号的频谱是时间的函数，分析导波信号时有必要对其进行时频分析．对导波信号进行时频分析的方法有二文FFT、Winger-Ville变换、Hilbert-Huang 变换、小波变换、和短时傅里叶变换(STFT，short-Time Fourier Transform)等。二文FFT能确定各个传播模式的幅度，但它不能在时域和频域内同时分析，会出现假频现象．Wigner-Ville变换可以避免假频现象的发生，能够分辨出缺陷散射波，但计算复杂．Hilbert-Huang变换计算群速度的精度较低．小波变换在时域和频域都具有表征信号局部特征的能力，但应用较复杂．STFT变换克服了傅里叶变换不具备局部分析的缺点，且易于实现，在一定的范围内可对导波信号进行有效的时频分析。[36-38]