【導讀】傳統的無損檢測方法往往難以實現對大面積區域的高精度定量評估，尤其在復雜結構中，缺陷的深度與空間分布特征獲取仍面臨挑戰。超聲導波檢測技術憑借其傳播距離遠、檢測范圍廣、對結構內部損傷敏感等優勢，成為薄壁結構健康監測的重要手段。本研究聚焦于超聲Lamb波全波場成像技術，通過引入掃描激光測振儀獲取導波在結構表面的完整時空響應，結合波數域分析方法，旨在實現對腐蝕缺陷的高分辨率定量識別。實驗中，采用任意波形發生器生成漢寧窗調制的窄帶激勵信號，經由ATA-2022B高壓放大器進行功率放大，驅動壓電晶片激發純凈的Lamb波模態。該方法不僅能夠有效抑制噪聲干擾，還可通過全波場信息提取實現缺陷特征的精準重構，為結構完整性評估提供可靠依據。
研究方向：超聲無損檢測
實驗內容：腐蝕引起的厚度損失對殼體結構的完整性構成了重大威脅，因此定量評估減薄深度至關重要。超聲Lamb波檢測因其便捷、經濟、對人身安全、對波導結構橫截面上任何位置的損傷敏感以及能夠從單個探頭位置檢測整個結構等優勢，廣泛應用于薄壁結構中各種缺陷的檢測。掃描激光測振儀可以在傳播區域獲得全導波場，通過分析超聲Lamb波全波場頻率與波數的關系，可以分離出不同結構深度對應的特征，從而提高診斷精度。本實驗使用任意波形發生器生成漢寧窗調制的400kHz5周期正弦脈沖信號，經由ATA-2022B高壓放大器進一步放大驅動PZT壓電片產生超聲導波，利用激光測振儀記錄試樣表面的超聲導波全波場數據，進行信號處理和缺陷成像。
測試設備：任意波形發生器，ATA-2022B高壓放大器，PZT壓電片，激光測振儀，采集卡等。
實驗過程：
圖：實驗測試系統實物圖
本實驗采用漢寧窗調制的窄帶脈沖信號（中心頻率400kHz，5周期）激勵Lamb波在板狀結構中傳播，該信號設計通過時域包絡優化實現頻譜能量聚焦（-6dB帶寬320-480kHz），有效抑制旁瓣干擾。當Lamb波傳播至腐蝕缺陷區域時，將激發多重物理響應：包括散射波生成、S0/A0模式轉換及波速變化。利用激光測振儀（位移分辨率0.1μm，掃描步長1mm）非接觸式捕獲試樣表面全波場時空矩陣（典型維度200×200空間點×10,000時間點）。實驗系統通過任意波形發生器生成激勵信號，經ATA-2022B高壓放大器（增益40倍，輸出200Vpp）驅動4mm×4mm×4mmPZT壓電片產生超聲Lamb波，最終基于局部波數估計算法實現缺陷成像，其空間分辨率達λ/2（400kHz在鋁中約2mm），顯著突破傳統點傳感方法的物理局限。
實驗結果：
圖：實驗結果
在三塊具有不同缺陷的鋁板進行測試，從成像結果上來看，所獲得圖像能夠較為準確地還原缺陷的空間分布特征。不僅缺陷的形貌得到了很好的表征，而且缺陷的深度信息也能獲得。缺陷位置和深度與真實值一致，邊界略顯擴展，這是由于最小窗口寬度為一個波長所致，有助于抑制波數泄漏誤差。在淺缺陷區域，部分成像方法存在分辨率下降的現象，局部波數估計在此處的穩健性受到波場干擾的影響，尤其在邊界反射和缺陷散射交疊區域。對于缺陷深度分布相對均勻的樣品，檢測具有較高的運算效率；而在深度變化劇烈的區域，計算耗時相應增加。得益于ATA-2022B高壓放大器的穩定輸出和高壓放大，成像結果的信噪比極高。其背景區域幾乎無明顯偽影，僅在缺陷邊緣出現微弱的衍射條紋，略偏離入射方向，屬于難以完全抑制的物理散射現象。
功率放大器推薦：ATA-2022B高壓放大器
圖：ATA-2022B高壓放大器指標參數
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實驗結果表明，利用掃描激光測振儀采集的高密度時空數據，結合局部波數估計算法，能夠清晰再現缺陷的空間形貌與深度分布，成像結果與實際缺陷具有高度一致性。盡管在邊界區域存在輕微的擴展效應，且淺層缺陷的分辨率受散射波場干擾略有下降，但整體成像質量優異，信噪比高，偽影干擾少。ATA-2022B高壓放大器在實驗中表現出出色的信號保真與驅動能力，為激勵信號的穩定輸出提供了關鍵保障。該技術突破了傳統點式檢測的空間限制，實現了對復雜腐蝕狀態的高精度可視化，具有良好的工程應用前景。
