仪器仪表学报

作者：周梓晗，李叶海，付汝龙，洪晓斌，郭师峰

单位：周梓晗,1.南方科技大学电子与电气工程系深圳518055； 2.中国科学院深圳先进技术研究院深圳市智慧传感与系统检测 重点实验室深圳518055,,李叶海,中山大学航空航天学院深圳518107,liyh723@mail.sysu.edu.cn,付汝龙,广东汕头超声电子股份有限公司 超声仪器分公司汕头515041,,洪晓斌,华南理工大学机械与汽车工程学院广州510641,,郭师峰,2.中国科学院深圳先进技术研究院深圳市智慧传感与系统检测 重点实验室深圳518055；6.中国科学院深圳先进技术研究院广东省机器人与智能系统重点实验室深圳518055,

关键词：直写式;压电超声传感阵列;疲劳裂纹;非线性超声导波;P(VDF-TrFE)传感阵列

基金：国家重点研发计划（2024YFB3214301）、国家自然科学基金（U2133213，12426308）、广东省基础与应用基础研究基金委员会（2023B1515120090）、深圳市科技创新委员会（JCYJ20241202124939053）项目资助

针对航空航天飞行器结构上因紧固件孔周围应力集中导致的早期微裂纹精度检测需求，以及传统压电超声传感器结构兼容性不足、常规线性导波检测方法对微裂纹敏感度有限的挑战，提出了一种基于直写式压电超声传感阵列的导波非线性检测方法，旨在实现微米级裂纹的高灵敏度识别。该方法通过结合导波非线性效应，设计并制备了一种局部增强型传感阵列，由外侧环形基频（0.5MHz）激励单元与内侧弧形倍频（1MHz）接收单元构成，以优化非线性信号的激发与接收。利用直写式压电超声传感器制备工艺，实现了超薄柔性聚偏氟乙烯-三氟乙烯共聚物（P(VDF-TrFE)）压电超声传感阵列与待测结构表面的原位一致性集成，避免了传统耦合方式带来的信号不稳定问题。在此基础上，提出多路径脉冲收发检测策略，通过阵列接收的超声信号进行频域分析与特征提取，计算了表征裂纹非线性响应的关键参数——相对非线性系数，实现了裂纹位置识别，并建立其与裂纹长度（2.5、4和6mm）之间的量化关系。实验结果表明，所提方法能有效捕获导波非线性特征的演化趋势，实现了对早期微裂纹的尺寸与扩展方向的可靠检测，为航空航天结构关键区域的原位、高精度检测提供了一条具有前景的新技术途径。

来源：2026年第2期

《仪器仪表学报》期刊编辑部

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