[發(fā)明專利]一種微裂紋無損檢測系統(tǒng)及其檢測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410596760.3
• 申請日: 2014-10-29
• 公開（公告）號(hào): CN104407049B
• 公開（公告）日: 2018-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏克湘;耿曉峰;鄒鴻翔;寧立偉
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南工程學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N29/04
• 分類號(hào): G01N29/04
• 代理公司: 上海精晟知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31253
• 代理人: 馮子玲

本發(fā)明公開了一種微裂紋無損檢測系統(tǒng)及其檢測方法。本發(fā)明的微裂紋無損檢測系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器、低頻激振器、高頻激勵(lì)器、被測構(gòu)件、壓電傳感器、前置放大器、信號(hào)采集分析系統(tǒng)；所述信號(hào)發(fā)生器通過低頻激振器和高頻激勵(lì)器與被測構(gòu)件電連接，所述壓電傳感器通過粘接劑固定在被測構(gòu)件上，所述信號(hào)采集分析系統(tǒng)通過前置放大器與壓電傳感器電連接；所述信號(hào)發(fā)生器能同時(shí)輸出兩路不同頻率的簡諧激勵(lì)信號(hào)。本發(fā)明利用裂紋結(jié)構(gòu)在多頻激勵(lì)下的非線性調(diào)制效應(yīng)來進(jìn)行缺陷檢測，根據(jù)得到的響應(yīng)譜中邊頻數(shù)量和幅值，直接判斷被測構(gòu)件是否存在微裂紋及微裂紋損傷的程度，不需要經(jīng)過復(fù)雜的信號(hào)處理，使用方便，檢測靈敏，檢測效率高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于多頻簡諧激勵(lì)下非線性調(diào)制響應(yīng)效應(yīng)的微裂紋無損檢測系統(tǒng)及其檢測方法。

背景技術(shù)

疲勞裂紋是結(jié)構(gòu)損傷的主要方式之一，發(fā)展實(shí)時(shí)可靠的結(jié)構(gòu)疲勞裂紋早期無損檢測方法，以避免由于疲勞裂紋而引發(fā)的事故，具有重要意義。目前國內(nèi)外學(xué)者已提出了很多結(jié)構(gòu)裂紋無損檢測方法，如聲發(fā)射法，電渦流法，基于振動(dòng)法和超聲檢測技術(shù)。

超聲波作為一種重要的無損檢測方法，當(dāng)其在結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)，引起材料本身的振動(dòng)，被測材料的不連續(xù)性或不均勻性會(huì)改變超聲波傳播的屬性，因此通過檢測超聲波在傳播過程中的變化可以檢測其傳播路徑上的結(jié)構(gòu)損傷。工程上應(yīng)用的超聲檢測技術(shù)大多是基于線性原理的，即當(dāng)超聲波遇到損傷時(shí)，發(fā)生反射、折射或者散射，通過檢測這些信號(hào)幅值或相位的線性變化來檢測損傷。當(dāng)損傷尺寸較小或?yàn)殚]合裂紋時(shí)，這些線性參數(shù)的變化不明顯，因此常規(guī)線性超聲方法無法可靠地檢測這些缺陷。大量的理論分析和試驗(yàn)研究表明，即使是非常小的損傷也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)強(qiáng)烈的非線性，因此對(duì)微小損傷，非線性超聲方法比線性方法具有更高的檢測靈敏度。而對(duì)閉合裂紋，通過外加激勵(lì)改變裂紋交界面的接觸狀態(tài)，可以顯著提高超聲檢測的靈敏度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一在于提供一種基于多頻簡諧激勵(lì)下非線性調(diào)制響應(yīng)效應(yīng)的微裂紋無損檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明的微裂紋無損檢測系統(tǒng)，它包括信號(hào)發(fā)生器、低頻激振器、高頻激勵(lì)器、被測構(gòu)件、壓電傳感器、前置放大器、信號(hào)采集分析系統(tǒng)；所述信號(hào)發(fā)生器通過低頻激振器和高頻激勵(lì)器與被測構(gòu)件電連接，所述壓電傳感器通過粘接劑固定在被測構(gòu)件上，所述信號(hào)采集分析系統(tǒng)通過前置放大器與壓電傳感器電連接；所述信號(hào)發(fā)生器能同時(shí)輸出兩路不同頻率的簡諧激勵(lì)信號(hào)。

具體的，所述信號(hào)采集分析系統(tǒng)包括信號(hào)采集單元、信號(hào)放大單元和信號(hào)處理單元。

具體的，所述信號(hào)采集分析系統(tǒng)的通道數(shù)目為一個(gè)及以上。

本發(fā)明的目的之二在于提供基于上述微裂紋無損檢測系統(tǒng)的檢測方法，該方法包括如下步驟：

(1)被測構(gòu)件重點(diǎn)待檢測部位的確定：根據(jù)被測構(gòu)件的結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)累積、生產(chǎn)技術(shù)人員的觀察以及理論分析，確定被測構(gòu)件的重點(diǎn)待檢測部位；

(2)信號(hào)發(fā)生器輸出激勵(lì)信號(hào)頻率的確定：根據(jù)被測構(gòu)件的材料、體積大小、形狀特性估算被測構(gòu)件的固有頻率范圍，根據(jù)這個(gè)頻率范圍選擇合適的輸出激勵(lì)信號(hào)頻率；高頻輸出激勵(lì)信號(hào)選擇超過20kHz的超聲波信號(hào)，低頻輸出激勵(lì)信號(hào)頻率選擇接近固有頻率，并且使兩個(gè)激勵(lì)信號(hào)頻率的差或和值等于被測構(gòu)件固有頻率的倍數(shù)；

(3)壓電傳感器類型和布置方式的確定：根據(jù)信號(hào)發(fā)生器輸出激勵(lì)信號(hào)頻率確定壓電傳感器需要監(jiān)測的頻率范圍，根據(jù)這個(gè)范圍選擇合適的壓電傳感器；根據(jù)被測構(gòu)件重點(diǎn)待檢測部位和激勵(lì)點(diǎn)的位置估計(jì)被測構(gòu)件激勵(lì)響應(yīng)最大的部位，選為壓電傳感器的布置位置；

(4)利用信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生兩組根據(jù)步驟(2)方法確定的低頻和高頻激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)功率放大后分別輸入到低頻激振器和高頻激勵(lì)器上，并將低頻激振器和高頻激勵(lì)器布置在被測構(gòu)件重點(diǎn)待檢測部位附近，對(duì)被測構(gòu)件施加低頻和高頻激勵(lì)；