檢測結構部件中的缺陷的系統和方法

檢測結構部件中的缺陷的系統和方法
【專利摘要】一種檢測結構部件中的缺陷的方法，包括：通過向結構部件施加激勵信號來激勵所述結構部件；向被激勵的結構部件施加光信號并捕獲由被激勵的結構部件對所施加光信號的反射形成的反射光信號；以及處理所述反射光信號以確定所述結構部件中的一個或多個缺陷。
【專利說明】
檢測結構部件中的缺陷的系統和方法
技術領域
[0001] 本發明涉及檢測結構部件中的缺陷的系統和方法，尤其(但非排他)地涉及用光信 號檢測缺陷的系統和方法。
【背景技術】
[0002] 在建筑物、飛機、輪船或任意其他機器或設備的構造中使用的結構部件或許會具 有肉眼不易看到的內部或界面缺陷。在許多情況中，這些缺陷會影響這些結構部件的強度 或負荷容差，因此需要在任何結構部件投入使用之前識別在這些結構部件中的這些缺陷。
[0003] 雖然現有各種用于識別任何特定結構中的缺陷的方法，但是這些方法是低效或昂 貴的，因為在任何建設或維護項目中掃描缺陷所使用的時間通常是寶貴的資源。除了這些 困難，已經使用的結構部件(包括已經被固定在具體位置的那些結構部件)或許不容易被移 動或接近以進行分析。

【發明內容】

[0004] 根據本發明的第一方面，提供一種檢測結構部件中的缺陷的方法，包括以下步驟：
[0005] 通過向結構部件施加激勵信號來激勵所述結構部件；
[0006] 向被激勵的結構部件施加光信號，并捕獲由被激勵的結構部件對所施加光信號的 反射形成的反射光信號；以及
[0007] 處理所述反射光信號以確定所述結構部件中的一個或多個缺陷。
[0008] 在所述第一方面的實施方式中，所述反射光信號受到所述結構部件的特性的影 響。
[0009] 在所述第一方面的實施方式中，所述結構部件的特性包括被安排成受所述激勵信 號影響的激勵特性。
[0010]在所述第一方面的實施方式中，所述結構部件中的缺陷被安排成變更所述結構部 件的所述激勵特性。
[0011]在所述第一方面的實施方式中，所述激勵特性被安排成影響所述反射光信號。 [0012]在所述第一方面的實施方式中，所述結構部件的缺陷被安排成變更所述結構部件 的所述激勵特性。
[0013] 在所述第一方面的實施方式中，所述處理所述反射光信號以確定所述結構部件的 一個或多個缺陷的步驟包括將所述反射光信號與和無缺陷結構部件相關聯的預定無缺陷 信號進行比較。
[0014] 在所述第一方面的實施方式中，所述預定無缺陷信號通過用所述激勵信號對所述 無缺陷結構部件進行激勵、向被激勵的無缺陷結構部件施加所述光信號以及捕獲由所述無 缺陷結構部件對所施加光信號的反射形成的反射光信號來確定。
[0015] 在所述第一方面的實施方式中，所述處理所述反射光信號的步驟還包括向所述反 射光信號施加轉換函數的步驟。
[0016] 在所述第一方面的實施方式中，所述轉換函數被安排成將所述反射光信號從時域 轉換到頻域中。
[0017] 在所述第一方面的實施方式中，所述轉換函數是快速傅里葉轉換(FFT)函數。
[0018] 在所述第一方面的實施方式中，所述捕獲所述反射光信號的步驟包括對所述反射 光信號進行濾波。
[0019] 在所述第一方面的實施方式中，所述對所述反射光信號進行濾波的步驟包括從所 述反射光信號中移除環境光。
[0020] 在所述第一方面的實施方式中，所述光信號是放大的光信號。
[0021] 在所述第一方面的實施方式中，所述光信號是寬射線光信號。
[0022] 在一些示例中，寬射線光信號可以包括可以具有寬光譜的任何光信號，包括太陽 光、白熾燈光、LED光等。
[0023]在所述第一方面的實施方式中，所述激勵信號是白噪聲信號。
[0024] 根據本發明的第二方面，提供一種檢測結構部件中的缺陷的系統，包括：
[0025] 激勵設備，用于通過向結構部件施加激勵信號來激勵所述結構部件；
[0026 ]光源，用于向被激勵的結構部件施加光信號；
[0027]光學接收器，用于捕獲由所述被激勵的結構部件對所施加光信號的反射形成的反 射光信號；以及
[0028]處理器，用于處理所述反射光信號以確定所述結構部件中的一個或多個缺陷。 [0029]在所述第二方面的實施方式中，所述反射光信號受到所述結構部件的特性的影 響。
[0030] 在所述第二方面的實施方式中，所述結構部件的特性包括被安排成受所述激勵信 號影響的激勵特性。
[0031] 在所述第二方面的實施方式中，所述結構部件中的缺陷被安排成變更所述結構部 件的所述激勵特性。
[0032] 在所述第二方面的實施方式中，所述激勵特性被安排成影響所述反射光信號。 [0033]在所述第二方面的實施方式中，所述結構部件的缺陷被安排成變更所述結構部件 的所述激勵特性。
[0034] 在所述第二方面的實施方式中，所述處理器還用于將所述反射光信號與和無缺陷 結構部件相關聯的預定無缺陷信號進行比較以確定所述結構部件中的所述一個或多個缺 陷。
[0035] 在所述第二方面的實施方式中，所述預定無缺陷信號通過用所述激勵信號對所述 無缺陷結構部件進行激勵、向被激勵的無缺陷結構部件施加所述光信號以及捕獲由所述無 缺陷結構部件對所施加光信號的反射形成的反射光信號來確定。
[0036] 在所述第二方面的實施方式中，所述處理器還用于用針對所述反射光信號的轉換 函數來處理所述反射光信號。
[0037]在所述第二方面的實施方式中，所述轉換函數被安排成將所述反射光信號從時域 轉換到頻域中。
[0038]在所述第二方面的實施方式中，所述轉換函數是快速傅里葉轉換(FFT)函數。
[0039]在所述第二方面的實施方式中，所述光學接收器包括用于對所述反射光信號進行 濾波的濾波器。
[0040] 在所述第二方面的實施方式中，所述濾波器用于從所述反射光信號中移除環境 光。
[0041] 在所述第二方面的實施方式中，所述光信號是放大的光信號。
[0042] 在所述第二方面的實施方式中，所述光信號是寬射線光信號。
[0043] 在所述第二方面的實施方式中，所述激勵信號是白噪聲信號。
[0044]在所述第二方面的實施方式中，所述光源包括多個光發射設備，每個所述光發射 設備用于照射所述結構部件的表面部分。
[0045] 在所述第二方面的實施方式中，所述光學接收器包括多個光接收器，每個所述光 接收器用于從所述多個光發射設備中的每個所述光發射設備接收反射信號。
[0046] 在所述第二方面的實施方式中，所述多個光接收器中的每個光接收器與所述多個 光發射設備中的每個光發射設備相關聯。
[0047] 在所述第二方面的實施方式中，所述光學接收器包括多個光接收器，每個所述光 接收器用于從反射寬射線光信號的所述結構部件接收反射信號。
[0048]在所述第二方面的實施方式中，所述寬射線光信號由寬射線光源發射。
[0049]在本發明的第二方面的實施方式中，所述處理器還用于處理所述反射光信號的強 度變化。
[0050]在本發明的第二方面的實施方式中，所述處理器不處理所述反射光信號的多普勒 頻移。
【附圖說明】
[0051 ]現在通過示例的方式并結合附圖來描述本發明的實施方式，其中：
[0052]圖IA是示出了根據本發明一種實施方式的用于檢測結構部件中的缺陷的系統的 框圖；
[0053]圖IB是反射光信號的一系列圖形表不；
[0054]圖2是示出了用于檢測結構部件中的缺陷的系統的另一實施方式的框圖；
[0055]圖3是示出了用于檢測結構部件中的缺陷的系統的另一實施方式的框圖；
[0056]圖3A是示出了用于檢測結構部件中的缺陷的系統的另一實施方式的框圖；
[0057] 圖3B是示出了用于檢測結構部件中的缺陷的系統的又一實施方式的框圖；
[0058] 圖4是圖1的系統的光學接收器的示例的接線圖；
[0059]圖5是由用于檢測結構部件中的缺陷的系統的實施方式所分析的結構部件的樣品 的圖示；
[0060] 圖6是用于檢測結構部件中的缺陷的系統的照片；
[0061] 圖7A是在將激光用作光源時由圖6的系統所捕獲的反射光信號的圖形表示；
[0062] 圖7B是關聯的樣品檢測區域反射的圖7A的反射光信號的圖表;以及
[0063]圖8是在將散射光源用作光源時由圖6的系統捕獲的反射光信號的圖形表示。
【具體實施方式】
[0064]在不希望受理論約束的情況下，本發明的發明人通過他們的研究、試驗和實驗發 現，如果某結構(如建筑物、設備、機器或車輛的部件、零件或一部分且在開放區域中在聲學 上是理想的結構部件)受到白噪聲激勵，則該結構所經歷的隨之而來的振動將在每個頻率 處具有相等的能量并因此將再現附帶的白噪聲。
[0065] 然而，實際上，所有的物體都具有一組諧振模式，因此經歷激勵的結構的頻率響應 不是平坦的。相反，除了因諸如阻尼之類的效應引起輕微的頻移之外，頻率響應中的尖峰對 應于物體的諧振頻率。
[0066] 表面的振動導致表面法線呈現周期性變化。繼而，表面法線的這些周期性變化促 使反射射線在振動時以相同頻率匯聚與發散，從而產生攜帶關于表面振動的信息的幅度調 制的反射射線。通過利用光電二極管電路或任何其他源捕獲該反射光，該反射光能夠由數 據記錄器放大和收集為電壓信號。這繼而能夠被分析以確定表面的振動是否具有無缺陷的 結構部件的特性或者表面法線的振動顯示其中存在著缺陷。
[0067] 參照圖1A，提供了示出了用于檢測結構部件中的缺陷的系統100的實施方式的框 圖，該系統包括:激勵設備104,用于通過向結構部件102施加激勵信號104S來激勵所述結構 部件102;光源106,用于向被激勵的結構部件102施加光信號106L;光學接收器108,用于捕 獲由所述被激勵的結構部件103對所施加光信號106L的反射形成的反射光信號108R;以及 處理器110，用于處理所述反射光信號106L以確定所述結構部件中的一個或多個缺陷。
[0068] 在該實施方式中，系統100包括激勵設備104,該激勵設備用于向正被分析或檢查 缺陷的結構部件102傳遞信號或脈沖形式的激勵能量104S。在一些示例中，激勵設備104可 以是音頻揚聲器，該音頻揚聲器能夠被控制以傳遞聲音作為激勵能量104S。優選地，在音頻 揚聲器用作激勵設備104的這些示例中，音頻揚聲器被控制以傳遞白噪聲信號從而在聽覺 上激勵結構部件102。應當理解，術語激勵設備可以不必為特定的設備、機械裝置或布置，因 為激勵信號能夠采取許多形式。在一些示例中，激勵設備還可以是接觸振動器、物理敲擊機 構、提供電磁感應的設備、提供光聲效應的設備、壓電機構，這些都能夠產生激勵信號。另 外，環境效應如源自環境或周邊區域所產生的環境噪聲、或由被測物體自身產生的振動也 可以是合適的激勵信號，并且因此，在這些實施方式中的一些實施方式中，環境效應或來自 物體自身的激勵源也將被包括在術語激勵設備中。
[0069] 一旦結構部件102被激勵設備104所激勵，光源106就之后用于向被激勵的結構部 件102傳遞光信號106L。在該示例中，光信號106L可以是諸如激射線或寬射線（broad-beamed)光信號的光射線或信號，諸如太陽光或來自LED光源的光。應當理解，光信號106L的 示例還可以包括位于可見光光譜之外的電磁波或信號，包括但不局限于紅外（IR)光或紫外 (UV)光。光源106可以是用于傳遞諸如激光之類的放大光信號的直射與放大光源。雖然在一 些實施方式中可以使用其他形式的光源，包括諸如泛光燈、LED或甚至太陽光之類的寬射線 光源。一旦光信號106L到達結構部件102的表面，該光信號106L就可以之后從結構部件102 的表面反射形成反射光信號108R并繼而被光學接收器108捕獲以由處理器110處理來確定 在結構部件102中是否存在任何缺陷。
[0070] 在一個實施方式中，處理器110用于通過將反射信號108R與無缺陷結構部件的預 定反射信號進行比較來處理反射信號108R。在這些情況中，由于結構部件102的振動特性， 如果在結構部件102中存在任何缺陷，則該缺陷結構部件的振動特性應當與無缺陷結構部 件的振動特性不同。由于振動特性將改變反射光信號108R，所以在一些示例中，處理器110 能夠通過將所捕獲的光信號與無缺陷結構部件的預定樣本集進行比較來識別反射光信號 108R是否具有缺陷結構部件。
[0071]優選地，一旦反射光信號108R被光學接收器108捕獲，就可以將信號傳送給處理器 110進行處理。光學接收器108可以通過接口與計算機系統的處理器110的總線連接，以處理 接收到的反射光信號108R。在一個實施方式中，光學接收器108能夠經由音頻輸入(諸如擴 音器輸入或USB輸入)連接到計算機。在該實施方式中，接收到的反射光信號108R能夠之后 作為音頻信號被光學接收器108輸入到計算機中，并繼而，該音頻信號能夠之后由音頻處理 軟件處理。
[0072]反射光信號108R的處理步驟還可以包括用轉換方法將反射信號108R從時域轉換 到頻域，所述轉換方法諸如(但不局限于)快速傅里葉轉換(Fast Fourier Transform，FFT) 方法。這繼而將產生調制信號，以便結構部件102的振動模式能夠通過在頻譜上定位信號圖 中的峰值進行識別。
[0073] 參照圖1B，示出了檢測結構部件中的缺陷的系統的工作原理的示例。如圖IB(I)所 示，當諸如來自激光或任何其他光源106的射線120被直射向樣本結構部件102的表面上時， 該射線被反射離開樣本結構部件的表面。然而，當結構部件102被激勵信號激勵時，該結構 部件的表面可以振動，以便該表面或者該表面的至少一部分在相對于該結構部件的未激勵 狀態而言的不同位置諸如凹陷位置、正常位置和凸起位置中進行振動，雖然其他類型的振 動模式是可能的。這在圖IB(I)的t(0)、t(l)和t(2)繪圖中示出。
[0074] 由于表面會因激勵信號導致的結構部件的振動而處于凹陷（t0)、常態(tl)和凸起 (t2)狀態，所以如圖所示的反射信號120R將因此在這些信號被反射時因光信號的組合(或 缺乏組合、或組合與缺乏組合之間的范圍）而出現強度的交替。因此在被捕獲和測量時，反 射信號將隨著時間而出現強度的變化，如圖IB(II)所示的。
[0075] 一旦獲得反射光信號的強度相對于時間的值，就可以用轉換方法(諸如FFT)來處 理反射光信號120R，以將該信號從時域轉換到頻域。如此，轉換后的信號能夠用來識別轉換 后信號中的具體頻率峰值122,如圖IB(III)中所示的。這些頻率峰值或諧振可以主要由 Kirchof f-Love薄板理論進行管理。因此，作為一個示例，對于夾支方板而言：
[0076:
[0077]即：基諧模CX !/缺陷面積
[0078] 由于已知缺陷的諧振頻率(f)與平面表面上缺陷的面積(A)成反比，所以該系統能 夠通過獲得振動的頻率來估計缺陷的面積。
[0079] 而且，對于所述一組諧振模式(η)為線性的的隔間缺陷（cubicle defect)而言，缺 陷的諧振頻率(f)與缺陷的深度(d)反比，并因此能夠因缺陷的面積而從諧振頻率解耦以估 計缺陷的深度。
[0080]本發明的一些實施方式的優勢在于，與激光多普勒振動測量（Laser Doppler Vibr〇metry，LDV)系統相比，所測量的反射光信號的性質是非常不同的。這是因為本發明的 一些實施方式對反射光信號進行分析以獲得強度變化而非反射光信號的頻率或多普勒頻 移(Doppler shift)。因此，本發明一些實施方式的基本物理機制與類似于LDV系統的其他 系統非常不同。因此，在一個方面中，由于本發明的一些實施方式執行千赫茲范圍內的反射 光信號的測量，所以實施本發明實施方式的成本比較其他測量兆赫茲甚至千兆赫茲范圍內 的信號的其他系統的成本低。
[0081]參照圖2,示出了使用諸如激光106之類的直射光源來檢測結構部件102中的缺陷 的系統200的示例性實施方式。在該實施方式中，激光106用于指向結構部件102的單個點， 以檢測該單個點處結構部件102中的缺陷。
[0082]如圖2所示，在該示例中，當結構部件102的表面上的點被激光106照射106L時，該 結構部件102被來自聲音激勵設備104的白噪聲或任何其他合適的激勵信號所聲音激勵，該 結構部件可以是纖維加強聚合物（Fibre-reinforced Polymer ,FRP)粘結混凝土板件 (bonded concrete slab)且具有人造的界面缺陷。應當指出的是，除了為白噪聲之外，激勵 信號還可以是頻率掃描、聲脈沖(ping)或可以是任何其他合適的激勵信號。在一些示例中， 激勵信號可以具有用頻率的任何線性組合生成的特性。
[0083]在該示例性實施方式中，高光反射可能足夠強，并因此光接收器108可以不需要透 鏡系統。然而，當反射不夠強時，透鏡系統會有助于捕獲反射光信號。優選地，準直器202可 以用來隔離反射光信號108R中由環境光造成的低頻噪聲。
[0084]如之前的圖IB(I)所示的，在該示例性實施方式中，FRP的表面通過交替地聚焦和 發散反射光108R而作用為柔性鏡子的角色。繼而，這將關于被激勵結構部件102的表面機械 振動的信息編碼到調幅(amp I i tude-modulated，AM)光信號中。該信號在被反射時由光檢測 器108捕獲，在一個不例中，該光檢測器可以被實施為光電二極管。
[0085] 一旦反射信號108R被捕獲，發光的幅度調制就在后處理204中被轉換到頻域中。如 此，如果在結構部件102的表面下面存在界面缺陷，該表面就將呈現與未受損傷或無缺陷結 構部件表面不同的頻率響應。通過分析該頻率響應，就能夠從頻譜中推斷出缺陷的尺寸和 損傷程度。
[0086] 參照圖3，示出了檢測結構部件中的缺陷的系統300的另一實施方式。在該實施方 式中，諸如太陽光、泛光燈、LED陣列或任意其他光源之類的寬射線光源306可以用來產生并 向結構部件102直射光射線。由于該光源是寬射線光源，所以本發明的該示例性實施方式用 于同時檢測大面積上的多個缺陷。
[0087] 在該示例性實施方式中，光學接收器108可以是光傳感器陣列，用于獲得被檢查的 被激勵（104)結構部件102的整個區域上的振動活動的圖像。如此，就可以同時捕獲與多個 缺陷相關聯的多個振動特征。
[0088] 一旦反射信號被捕獲，該信號就可以進一步由轉換方法302進行處理204以將該信 號從時域轉換到頻域，以便多個峰值304(如果有的話)可以被觀察到。這些頻率峰值304反 映了正被分析的結構部件的零件的振動特征，并且之后能夠與無缺陷結構部件的振動特征 進行比較以識別該結構部件102上是否有任何缺陷。
[0089]參照圖3A，示出了檢測結構部件中的缺陷的系統301的另一可能的實施方式。在該 實施方式中，如圖2所示的光源106可由諸如LED或激光陣列或矩陣之類的多個光源106M所 替換，該多個光源用于將多個光信號106LM射向結構部件102的表面。繼而，多個光接收器 108M可由用于接收從結構部件102反射的多個反射光信號108RM。這樣，多個光源中的每個 光源(例如，所述陣列或矩陣中的每個LED或激光或任何單獨的光源)可以具有用于接收特 定光源的反射光的相應光接收器。
[0090] 一旦多個光接收器108M中的每個光接收器接收了特定光源的反射信號108RM，之 后就可以根據上面參照圖2和3描述的后處理示例來處理204每個反射信號。在該示例中，通 過具有多個光源106M和光接收器108M，能夠非常快速地執行對結構部件102的表面區域的 準確分析。因此，如果多個光源和光接收器被布置成陣列或如圖3A所示的二維矩陣的形式， 則能夠同時分析一行或二維表面區域，并因此提高分析大表面區域的速度。
[0091] 在另一示例性實施方式中，多個光源106M可以各自單獨地、組合地或全部整體地 具有明顯不同的光譜，以由光接收器區分這些光源。
[0092] 在用于檢測缺陷的系統的又一示例性實施方式中，該系統可以用多個光源(諸如 如圖3A所示的LED或激光陣列或矩陣）以及如圖2所示的單個光接收器108來實施。在該示例 性實施方式中，多個光源可以照射結構部件102的整個表面或一部分表面，同時允許反射信 號被單個光接收器108所接收。作為上面描述的其他實施方式中的情況，接收到的光信號能 夠之后被處理以識別具體的缺陷。
[0093] 在該示例中，如果能夠檢測到任何缺陷，則可以之后執行在圖2所示的一個實施方 式中描述的單點分析以識別缺陷的準確位置。該實施方式的優勢在于，能夠同時執行多點 分析，從而提高檢測特定結構部件中的缺陷的效率。而且，僅使用單個光接收器的成本也大 大減小了，因為該系統能夠被明顯簡化。
[0094] 參照圖3B，示出了檢測結構部件中的缺陷的系統301B的另一實施方式。在該實施 方式中，該系統301B用類似于圖3A所示的多個光接收器108M的多個光接收器108M來實施， 但是相反地，來自結構部件的接收反射光信號源自寬射線光源306,諸如太陽光、泛光燈或 LED。就這一點而言，單獨光源與多個光接收器108M中的每個光接收器之間沒有關聯。該實 施方式也是有益的，因為相對于使用單個反射光接收器而言，能夠快速地分析結構部件的 大表面區域。
[0095] 應當指出的是，術語"光信號"或形成"光源"的任何信號可以包括任何光信號，諸 如參照圖1至3A描述的可見光。還應當指出的是，這里使用的術語"光信號"將包括電磁光譜 中的任何電磁波，包括但不局限于紅外或X射線或任何其他波信號，它們提供了結構部件 108的表面的振動能夠調制指向結構部件108的表面的信號的強度。因此，術語"光源"可以 包括能夠發射或提供任何這種信號的任何源。
[0096]參照圖4,提供用于從正被分析的結構部件接收反射光信號的光接收器400的基本 接線圖。如該示例中所示，接收器400包括光檢測部分402、電容耦合404、信號放大電路406 和電源噪聲隔離功能408,以接收并放大反射光信號以用于進一步的處理。
[0097]在該示例性實施方式中，光檢測部分402包括光電二極管412,以從被激勵的結構 部件接收反射光信號。一旦反射光信號被接收，該信號就被經由電容耦合404傳送給信號放 大器電路。放大器電路406包括放大器410,諸如AD8429低噪聲放大器410能夠用來對來自用 于接收反射光信號的光敏光電二極管412的信號進行放大。還可以提供噪聲隔離功能408， 以便由低亮度或環境光導致的噪聲可以在該信號被處理之前從該信號中移除。還可以使用 電阻器與光電二極管與放大器之間的電容耦合進行電通信，以避免電荷積聚在電容耦合 中。
[0098] 參照圖5至8,示出了由用于檢測缺陷的系統600的實施方式來分析結構部件500的 樣品的實驗過程和示例性結果。在該實施方式中，結構部件500的樣品（諸如圖5中所示的那 些樣品）被布置成具有多個具有特定尺寸的缺陷502A至I，如圖5所示。
[0099] A = 37.5x 37.5x 10
[0100] B = 37.5x 37.5x 5
[0101] C = 50x 50x 5
[0102] D = 50x 50x 10
[0103] E = 25x 25x 5
[0104] F = 25x 25x 10
[0105] G = 50x 50x 20
[0106] H=50x 50x 30
[0107] I = 50x 50x 40
[0108] 之后根據圖6中所布置的系統來分析樣品結構部件500(圖6中被示為602)，如圖6 所示，該系統將揚聲器604用作激勵設備，將激光606用作光源，將檢測器或放大電路608用 作光學接收器，以及將具有數據獲取電路的計算機610用作用于處理所捕獲反射光信號的 處理器。
[0109] 操作該系統以檢測樣品中的缺陷的過程包括以下步驟：
[0110] 1、將激光606 (例如，532nm激光)指向樣品602;
[0111] 2、將揚聲器604放在樣品602的前面；
[0112] 3、將光檢測器608放在樣品602的激光反射路徑中（用于使得信噪比最大化）；
[0113] 4、啟動反射光強度的數據獲取610。如果該步驟在沒有激勵的情況下執行，則所獲 取的數據能夠用作用于以后噪聲移除的噪聲印記；以及
[0114] 5、播放聲音激勵（102dB的白噪聲(SPL))并重復該過程以獲得數據結果。
[0115]參照圖7A，示出了在已經用FFT轉換方法對反射光信號進行處理以將該信號從時 域轉換到頻域之后的反射光信號的圖示。該圖示示出了與特定缺陷相關聯的特定峰值。這 些包括：
[0116] 帶圓圈的峰值是50x50mm2缺陷的振動模式；
[0117] 三角形峰值是37.5x37.5mm2缺陷的振動模式；以及
[0118] 方形峰值是25x25mm2缺陷的振動模式。
[0119] 根據從這些結果中能夠觀察到的趨勢，能夠觀察到：
[0120] 缺陷越大，反射光信號的頻率將具有低頻但將具有更大的幅度；以及
[0121] 如圖7B中所示的，振動的基諧模的頻率遵從缺陷面積的縮放規律(請見等式1，用 于方形夾板的經典板理論(Kirchoff-Love plate theory))。
[0122] 參照圖8,示出了將太陽光用作光學光源時轉換后的反射光信號的圖形。在該實施 方式中，激勵信號再次是處于不同響度水平的白噪聲，所述響度水平包括：
[0123] -XL=103dB(SPL)
[0124] -L=IOOdB(SPL)
[0125] -M = 95dB(SPL)
[0126] -S = 90dB(SPL)
[0127]在該示例中，結果是來自不同缺陷的振動模式彼此疊加。盡管如此，如圖8所示的 能夠被識別的頻率峰值也示出了以下缺陷面積：
[0128]帶圓圈的峰值是50x50mm2缺陷的振動模式；
[0129]三角形峰值是37.5x37.5mm2缺陷的振動模式；以及 [0130]長方形/正方形峰值是25x25mm2缺陷的振動模式。
[0131] 本發明的實施方式的優勢在于，該系統能夠分析結構部件，但不需要與該結構部 件相接觸。這將意味著，該系統能夠分析結構部件，即使該結構部件處于難于接觸的位置 中。另外，由于被分析的表面可以不負荷質量，所以分析精度不會因任何物理接觸而被折 衷。
[0132] 雖然不需要，但是參照附圖描述的實施方式能夠被實施為由開發者使用或能夠被 包括在其他軟件應用（諸如終端或個人計算機操作系統或便攜式計算機設備操作系統）中 的應用編程接口（API)或一系列庫。通常，由于程序模塊包括有助于特定功能的執行的例行 程序、程序、對象、組件和數據文件，所以本領域技術人員將理解，軟件應用的功能可以分布 在多個例行程序、對象或組件上以實現這里期望的相同功能。
[0133] 本領域技術人員將意識到，在不背離被寬泛描述的本發明的精神或范圍的情況 下，可以對本發明做出多種變形和/或修改，如在【具體實施方式】中所示出的那樣。因此，本發 明的實施方式在所有方面中都被認為是說明性的而非限制性的。
[0134] 對這里包含的現有技術的任何引用將不被認為是承認該信息是公知常識，除非以 其他方式明確指出。
【主權項】
1. 一種用于檢測結構部件中的缺陷的方法，該方法包括以下步驟： 通過向結構部件施加激勵信號來激勵所述結構部件； 向被激勵的結構部件施加光信號，并捕獲由被激勵的結構部件對所施加光信號的反射 形成的反射光信號；以及 處理所述反射光信號以確定所述結構部件中的一個或多個缺陷。2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述反射光信號受到所述結構部件的特性的影 響。3. 根據權利要求2所述的方法，其中，所述結構部件的特性包括被布置成受到所述激勵 信號影響的激勵特性。4. 根據權利要求3所述的方法，其中，所述結構部件中的缺陷被布置成變更所述結構部 件的所述激勵特性。5. 根據權利要求4所述的方法，其中，所述激勵特性被布置成影響所述反射光信號。6. 根據權利要求5所述的方法，其中，所述結構部件中的缺陷被布置成變更所述結構部 件的所述激勵特性。7. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述處理所述反射光信號以確定所述結構部件的 一個或多個缺陷的步驟包括將所述反射光信號與和無缺陷結構部件相關聯的預定無缺陷 信號進行比較。8. 根據權利要求7所述的方法，其中，所述預定無缺陷信號通過用所述激勵信號對所述 無缺陷結構部件進行激勵、向被激勵的無缺陷結構部件施加所述光信號以及捕獲由所述無 缺陷結構部件對所施加光信號的反射形成的反射光信號來確定。9. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述處理所述反射光信號的步驟還包括向所述反 射光信號進行轉換函數的步驟。10. 根據權利要求9所述的方法，其中，所述轉換函數被安排成將所述反射光信號從時 域轉換到頻域中。11. 根據權利要求10所述的方法，其中，所述轉換函數是快速傅里葉函數。12. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述捕獲所述反射光信號的步驟包括對所述反 射光信號進行濾波。13. 根據權利要求12所述的方法，其中，對所述反射光信號進行濾波的步驟包括從所述 反射光信號中移除環境光。14. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述光信號是放大光信號。15. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述光信號是寬射線光信號。16. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述激勵信號是白噪聲信號。17. -種檢測結構部件中的缺陷的系統，包括： 激勵設備，用于通過向結構部件施加激勵信號來激勵所述結構部件； 光源，用于向被激勵的結構部件施加光信號； 光學接收器，用于捕獲由所述被激勵的結構部件對所施加光信號的反射形成的反射光 信號；以及 處理器，用于處理所述反射光信號以確定所述結構部件中的一個或多個缺陷。18. 根據權利要求17所述的系統，其中，所述反射光信號受到所述結構部件的特性的影 響。19. 根據權利要求18所述的系統，其中，所述結構部件的特性包括被布置成受到所述激 勵信號影響的激勵特性。20. 根據權利要求19所述的系統，其中，所述結構部件中的缺陷被布置成變更所述結構 部件的所述激勵特性。21. 根據權利要求20所述的系統，其中，所述激勵特性被布置成影響所述反射光信號。22. 根據權利要求21所述的系統，其中，所述結構部件的缺陷被布置成變更所述結構部 件的所述激勵特性。23. 根據權利要求22所述的系統，其中，所述處理器還用于將所述反射光信號與和無缺 陷結構部件相關聯的預定無缺陷信號進行比較以確定所述結構部件中的所述一個或多個 缺陷。24. 根據權利要求23所述的系統，其中，所述預定無缺陷信號通過用所述激勵信號對所 述無缺陷結構部件進行激勵、向被激勵的無缺陷結構部件施加所述光信號以及捕獲由所述 無缺陷結構部件對所施加光信號的反射形成的反射光信號來確定。25. 根據權利要求17所述的系統，其中，所述處理器還用于用針對所述反射光信號的轉 換函數來處理所述反射光信號。26. 根據權利要求25所述的系統，其中，所述轉換函數被安排成將所述反射光信號從時 域轉換到頻域中。27. 根據權利要求26所述的系統，其中，所述轉換函數是快速傅里葉函數。28. 根據權利要求27所述的系統，其中，所述光學接收器包括用于對所述反射光信號進 行濾波的濾波器。29. 根據權利要求28所述的系統，其中，所述濾波器用于從所述反射光信號中移除環境 光。30. 根據權利要求17所述的系統，其中，所述光信號是放大光信號。31. 根據權利要求17所述的系統，其中，所述光信號是寬射線光信號。32. 根據權利要求17所述的系統，其中，所述激勵信號是白噪聲信號。33. 根據權利要求17所述的系統，其中，所述光學接收器包括多個光接收器，每個所述 光接收器用于從反射寬射線光信號的所述結構部件接收反射信號。34. 根據權利要求33所述的系統，其中，所述寬射線光信號由寬射線光源發射。35. 根據權利要求17所述的系統，其中，所述光源包括多個光發射設備，每個所述光發 射設備用于照射所述結構部件的表面部分。36. 根據權利要求35所述的系統，其中，所述光學接收器包括多個光接收器，每個所述 光接收器用于從所述多個光發射設備中的每個光發射設備接收反射信號。37. 根據權利要求36所述的系統，其中，所述多個光接收器中的每個光接收器與所述多 個光發射設備中的每個光發射設備相關聯。38. 根據權利要求17所述的系統，其中，所述處理器還用于處理所述反射光信號的強度 變化。39. 根據權利要求17所述的系統，其中，所述處理器不處理所述反射光信號的多普勒頻 移。
【文檔編號】G01N21/88GK105891214SQ201510901661
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年12月9日
【發明人】劉特斌, 鄭天驥
【申請人】香港城市大學