为解决激光超声技术对现代工业中零部件缺陷的快速分析、检测的问题, 本文经多次试验提取了不同缺陷深度下超声表面波信号, 并对信号进行截取、去噪、平滑等预处理; 通过HHT对预处理后反射回波信号的计算分析, 获取不同缺陷深度的反射回波的各阶IMF以及Hilbert能量谱和Hilbert边际谱, 并从中对信号的时频域特征信息进行提取分析。结果表明: 缺陷的加深使得相邻波峰波谷的最大倾斜率逐渐减小, 信号的IMF2分量的中心频率及能量随之呈增长趋势, 信号低频部分能量呈指数增长, 对总能量贡献率增大, 信号的幅频波动变得平稳, 收敛频率减小, 信号的幅频收敛性变得更好。

为了实现对金属构件表面微小裂纹的定量检测, 本文采用仿真和实验相结合的方法, 对经过不同深度表面裂纹的激光超声透射Rayleigh(瑞利)波的波形进行对比分析, 提取畸变区域内的波形, 计算其波包能量, 研究波包能量与表面裂纹深度的依赖关系, 并通过拟合表达式对裂纹深度进行反演。研究结果表明: 当表面裂纹的深度以0.1 mm的步长从0.1 mm增加到0.5 mm时, 透射Rayleigh波的波包能量呈线性减少, 且仿真与实验分析结果相一致。反演所得裂纹深度与理论裂纹深度的最大误差为0.022 4 mm, 总体平均误差为0.011 5 mm。因此, 该研究结果可以有效的对表面裂纹深度进行定量表征。