ساخت و آزمايش يك تراگذار پيزوكامپوزيتي جهت بازرسي سازه‌هاي ورقي در تماس با سيال به كمك امواج لمب

Fabrication and test of a piezo-composite transducer for inspection of plate structures in contact with fluid using Lamb waves

در اين مقاله طراحي، ساخت و آزمايش يك تراگذار كامپوزيتي با الياف پيزوالكتريك جهت استفاده در بازرسي سازه‌هاي ورقي در تماس با سيال، به كمك امواج لمب، مورد بررسي قرار گرفته است. ابتدا تحليل ديسپرژن و ساختار موج براي انتخاب مُد و فركانس مناسب جهت بازرسي صفحه در تماس با سيال انجام شده است. مُد S1 با تغيير مكان خارج از صفحه صفر در سطوح آزاد ورق فولادي با ضخامت مشخص، استخراج گشته، سپس يك تراگذار شانه‌اي پيزوكامپوزيتي براي تحريك اين مُد طراحي و ساخته شده است. پس از ساخت تراگذار، ابتدا آزمون هاي لازم براي اثبات عدم تاثير پذيري موج لمب در مُد و فركانس انتخابي از وجود سيال بر روي ورق به دو روش ارسال-دريافت و ارسال-بازتاب با موفقيت انجام شده است. سپس ترك‌يابي در صفحه در تماس با سيال به دو روش فوق نيز صورت گرفته است و نشان داده شده است كه در آزمون ارسال-دريافت با وجود ترك با ابعاد معلوم، دامنه مُد S1 دريافتي در حسگر پيزوكامپوزيتي كاهش مي‌يابد. همچنين در آزمون ارسال-بازتاب، به دليل تداخل پاسخ رزوناسي تراگذار و امواج ناشي از موج منشتره در سيگنال دريافتي، از تبديل موجك پيوسته به عنوان يكي از روش هاي پردازش سيگنال حوزه زمان-فركانس استفاده گشته و وجود ترك در ورق با موفقيت تشخيص داده شده است. در نتيجه تراگذار ساخته شده براي عيب يابي در سازه‌هاي ورقي در تماس با سيال به كمك امواج لمب داراي كارايي مناسب مي‌باشد.

In this paper, design, fabrication and test of piezoelectric fiber composite transducer for Lamb wave inspection of fluid loaded plates has been investigated. First, dispersion and wave structure analysis has been performed in order to select proper mode and frequency for fluid loaded plate inspection. The S1 mode with zero out of plane displacement in free boundaries of a plate with predefined thickness has been extracted; afterwards a piezoelectric fiber composite comb transducer has been designed and fabricated. Having manufactured the transducer, necessary tests have been done in order to prove that the transducer generated Lamb mode at selected mode and frequency is not affected by the fluid loading, in both pitch-catch and pulse-echo techniques. The tests have been done successfully and then crack detection in fluid loaded plate by means of fabricated transducers has been examined again in both pulse-echo and pitch-catch arrangements. It has been shown that in pitch-catch test, the presence of a predefined crack leads to decrease in S1 mode related peak in receiver. Moreover, in pulse-echo test, due to the interference of crack reflected wave signal with the transducer resonance response, continuous wavelet transform, as one of time-frequency signal processing methods, has been employed successfully for crack detection. Consequently, the fabricated signal has necessary efficiency for damage detection in fluid loaded plates using lamb waves.