[發明專利]一種基于超聲和電磁超聲相結合的雙模無損檢測方法

有效

• 申請號: 201410097191.8
• 申請日: 2014-03-17
• 公開（公告）號: CN103837580B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 夏慧;劉國強;李艷紅;李士強;夏正武;李曉南;張超;郭亮;陳晶;黃欣
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01N27/00
• 分類號: G01N27/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

技術領域

本發明涉及無損檢測技術領域，特別涉及一種超聲和電磁超聲相結合的雙模無損檢測方法和裝置。

背景技術

無損檢測技術是在不損傷被測對象的條件下，利用材料內部結構異常或缺陷存在所引起的對熱、聲、光、電、磁等反應的變化，來實現對各種工程材料、零部件、結構件等內部貨表面缺陷的檢測，并對檢測對象存在缺陷的類型、尺寸、形狀、位置等信息做出判斷和評價的技術。無損檢測涉及了物理學、材料學、電子信息技術等多個學科及技術領域。

目前對于金屬板面的部件常規的檢測方法包括超聲波檢測、射線檢測、漏磁檢測、渦流檢測以及聲發射檢測技術等，傳統檢測技術在金屬構件的檢測中取得了很好的效果，但任何一種單一的方法都不可能實現所有金屬構件的高靈敏檢測，尤其對微細缺陷和疲勞損傷的金屬構件的檢測，因此急需快速、精確、高靈敏的金屬構件缺陷檢測方法。

通過專利檢索可見利用電磁方式的無損檢測方法有電磁激勵的聲發射無損檢測方法，例如“金屬材料的電磁聲發射無損檢測方法及其裝置”專利申請號201210112145.1和“一種金屬材料的電磁聲發射無損檢測裝置”，專利申請號為201210140882.2，該方法僅采用電磁作為激勵，不存在靜磁場因此導致的電磁激勵的功率大，激勵源實現困難，檢測靈敏度受限。同時該方法的檢測機理與本發明完全不同，電磁聲發射產生的原因是由于內部結構的不均勻及各種缺陷的存在造成應力集中，從而使局部應力分布不穩定，導致應力的重新分布，從而應變能以應力波的形式發射出去，產生聲信號。而電磁超聲的檢測原理則是交變電流信號在靜磁場的作用下產生洛倫茲力進而產生聲波信號，內部缺陷的存在導致電導率的分布發生變化，使得產生的聲波信號也發生變化，因此通過聲波信號重建電導率，再進一步通過電導率判斷缺陷。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的檢測靈敏度不高，檢測參數單一的缺點提出一種高靈敏、快速、多參量的無損檢測方法。本發明采用超聲檢測方法和電磁超聲相結合的方式，首先利用超聲檢測方法獲取缺陷的厚度信息、缺陷深度等常規信息，再利用電磁超聲方法對缺陷進行進一步的判斷。超聲探頭既作為超聲檢測方法的發射和接收器件，同時又作為電磁超聲檢測方法的接收器件。

本發明檢測方法的主要原理為：首先在非靜磁場作用下，利用超聲檢測方法對金屬構件進行粗檢，然后在靜磁場作用下，對金屬構件施加脈沖激勵電流。金屬構件在靜磁場的作用下其內部產生洛倫茲力，洛倫茲力將導致聲信號的產生，在金屬構件有缺陷和無缺陷位置處產生的超聲信號不同。通過貼放在金屬構件上的超聲探頭陣列檢測超聲信號，利用此超聲信號可以重建金屬構件的電導率分布，通過電導率分布結合超聲檢測結果可檢測金屬構件缺陷，檢測精度和靈敏度高，判斷快速。

應用本發明無損檢測方法的檢測裝置包括脈沖激勵系統、超聲探頭陣列、磁體系統、控制系統、信號檢測處理系統和重建系統。控制系統分別連接脈沖激勵系統、超聲探頭陣列和磁體系統，超聲探頭陣列連接信號檢測處理系統，信號檢測處理系統連接重建系統。超聲探頭陣列的探測面和被測金屬構件之間通過水或者絕緣油進行耦合，式，超聲探頭陣列的檢測面與主磁場方向垂直。

本發明的檢測裝置的工作過程如下：

所述的控制系統控制磁體系統，首先使磁體系統處于關閉狀態，采用超聲陣列自發射和自接收的方式獲得被測金屬構件的超聲回波信號，利用超聲無損檢測方式對缺陷進行粗判斷。然后開啟磁體系統，控制系統同時控制脈沖激勵系統發射脈沖激勵信號，發射的脈沖激勵信號頻率范圍為20KHz-500KHz，脈沖電流激勵系統通過電極加載在被測金屬構件上，在外加磁場的作用下，被測金屬構件內部產生洛倫茲力，尤其在缺陷處的洛倫茲力分布明顯不同，洛倫茲力導致聲波信號的產生，通過貼放在被測金屬構件表面的超聲探頭陣列接收超聲信號，然后超聲信號經過信號處理系統進行放大和濾波得到高信號比的超聲信號，利用得到的超聲信號經過重建系統對被測金屬組件的洛倫茲力分布進行重建，進一步得到電流密度分布，通過電流密度分布得到電導率的分布，根據電導率的分布對被測金屬構件的缺陷進行定位和分析。

磁聲無損檢測的具體重建過程可以用下面的方程進行描述：

首先對于在外加磁場作用下產生的超聲波信號進行還原：

m(r,t)＝p(r,t)*h(t)+γ(t)???（1）

其中，*表示卷積運算，p(r,t)表示原始聲場，γ(t)為噪聲信號，h(t)為超聲換能器的時域脈沖響應，m(r,t)表示經過信號處理系統后接收到的超聲波信號。公式（1）的頻域表示為：