主动Lamb波健康监测系统设计及应用

苏宇航，李继承

（广东省特种设备检测研究院珠海检测院，广东 珠海 519000）

结构健康监测是一种基于智能材料和智能结构思想发展起来的多学科综合交叉技术。根据实现方法的不同，该技术可以分为主动监测和被动监测。作为主动监测技术的重要方式，Lamb波检测技术具有传播距离远、对小损伤敏感、能够实现损伤定量定位等突出特点，在飞机平尾大轴、风机叶片、盆式绝缘子等结构的裂纹损伤监测中得到了应用。目前，该领域的研究热点集中在不同形状结构中Lamb波的传播特性，Lamb波监测系统的构建和小型化，损伤定位定量算法。

1 主动Lamb波监测原理

Lamb波是在薄板结构中传播的特殊类型超声波，具有多模态和频散特性。通过求解Lamb波的频散方程可以得到不同材料、不同厚度条件下相速度和群速度频散曲线，进而得到不同模态Lamb波的传播速度。在现场应用中，当被监测结构形状比较复杂时，多种模态的Lamb波信号相互叠加，给后期信号分析带来较大难度。通过调整激励信号的频率，使用较低的检测频率，可以减少高阶模态的激发，在被检测结构内部仅保留低阶模态，通常选用A0和S0模态作为检测模态。

Lamb波信号的发射和接收元件均使用PZT传感器，该种传感器由锆钛酸铅陶瓷经烧结制成，具有正逆压电效应，可以同时作为发射和接收传感器使用。现场检测中所用到的PZT传感器采用底面翻边工艺制作，即将底面镀膜电极从侧面延伸到上表面，上下表面的镀膜电极之间使用绝缘沟槽分隔开。……