实验名称：激光和压电传感器密集型矩形阵列成像质量的比较分析

研究方向：Lamb波、无损检测、缺陷成像和定位

测试目的：

将密集型矩形阵列分别与压电传感器检测技术和激光检测技术相结合，利用幅值成像和符号相干因子成像实现对铝板结构中模拟缺陷的准确定位，并比较分析压电传感器检测技术和激光超声检测技术的成像质量。

测试设备：ATA-2041功率放大器、函数发生器、数字示波器、压电传感器阵列

图：密集型矩形压电传感器阵列实验系统

实验过程：

图2：密集型矩形压电传感器阵列成像

实验中搭建密集型矩形压电传感器阵列实验系统，根据方法，可采集到240组数据。为了降低其他频率的干扰，对采集到的阵列信号进行连续小波变换提取频率40kHz下的信号。为了消除铝板表面不一致等外界环境的影响，对连续小波变换后的信号进行归一化处理，利用幅值成像和符号相干因子成像方法对预处理后的数据进行成像，结果如图2所示，其中，图中白色圆圈代表缺陷位置，白色圆点代表阵元点。

通过压电传感器阵列缺陷定位成像结果可知，将密集型矩形压电传感器阵列和幅值成像算法、符号相干因子成像算法相结合，能够实现铝板中模拟缺陷的定位。幅值成像与符号相干因子成像结果相比，符号相干因子成像能够提高分辨率和信噪比，同时抑制旁瓣和栅瓣，使得成像结果几乎没有赝像。

图3：密集型矩形激光超声传感器阵列成像

搭建激光超声传感器阵列实验装置，实验装置由激光超声检测系统和被检对象铝板组成。与压电传感器阵列采集的数据量相同，对采集到的阵列信号进行连续小波变换提取频率40kHz下的信号，并进行归一化处理，利用幅值成像和符号相干因子成像方法对预处理后的数据进行成像，结果如图3所示，其中，白色圆圈代表缺陷位置，白色圆点代表阵元点。

通过激光超声传感器阵列缺陷定位成像结果可知，激光超声传感器阵列技术能够有效地实现铝板中模拟缺陷的准确定位。激光超声传感器阵列技术具有非接触、点聚焦的优点，因此，与压电传感器阵列成像结果相比，激光超声传感器阵列成像结果赝像骤减，同时2种成像方法的对比度均有了较大的提高，进而改善了成像质量。

实验结果：

通过对比图2和图3中2种成像结果，在阈值设定一样的情况下，幅值成像对比度相对较高，而准确度较低。符号相干因子成像方法使成像的结果更加精确。不仅使缺陷位置准确识别，而且也很大程度上减少了赝像的产生。

1、提出了一种基于阵列数据相位差的符号相干因子成像方法，该方法能够提高分辨率和信噪比，同时抑制旁瓣和栅瓣。

2、将压电传感器阵列和激光超声传感器阵列分别与幅值成像和符号相干因子成像相结合，实现了对铝板中缺陷的有效定位。

3、通过将压电传感器阵列成像结果和激光超声阵列成像结果对比，由于耦合不均匀、接触面积大等原因，压电传感器阵列成像出现大量赝像。而激光超声阵列具有非接触、点聚焦的优点，其成像结果仅有少量赝像，缺陷定位更加准确。

安泰ATA-2041功率放大器：

图：ATA-2041功率放大器指标参数

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