[發明專利]一種基于縱向超聲導波的玻璃鋼芯棒缺陷檢測方法及系統

在審

• 申請號: 201710264917.6
• 申請日: 2017-04-21
• 公開（公告）號: CN106950282A
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發明（設計）人: 鄧紅雷;何戰峰;陳力;夏橋
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司44245
• 代理人: 李斌

1.一種基于縱向超聲導波的玻璃鋼芯棒缺陷檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1、根據所需檢測玻璃鋼芯棒的幾何尺寸和材料參數，計算出超聲導波在玻璃鋼芯棒中傳播的群速度頻散曲線；根據群速度頻散曲線確定超聲導波的模態、頻率和周期數，用于編程調制并得到激勵信號；

S2、通過函數信號發生器讀取激勵信號，并通過功率放大器對激勵信號進行放大后連接至玻璃鋼芯棒激勵端的壓電片上，以此來產生芯棒缺陷的超聲導波；

S3、玻璃鋼芯棒接收端的壓電片接收超聲導波信號，并將玻璃鋼芯棒接收端連接至數字示波器，所述數字示波器用于顯示超聲導波的波形特征；

S4、根據數字示波器顯示的波形特征，判斷玻璃鋼芯棒是否存在缺陷以及缺陷的具體位置和大小。

2.根據權利要求1所述的一種基于縱向超聲導波的玻璃鋼芯棒缺陷檢測方法，其特征在于，所述步驟S1中，所述幾何尺寸包括玻璃鋼芯棒的直徑，所述材料參數包括密度、彈性模量以及泊松比；

所述計算出超聲導波在玻璃鋼芯棒中傳播的群速度頻散曲線，具體為：

將玻璃鋼芯棒視為單層桿類構件，求解超聲導波的群速度頻散曲線時，將芯棒的幾何尺寸和材料參數代入單層桿類的縱向模態的頻率方程中計算，其頻率方程如下：

$\frac{2\mathrm{\α}}{d}({\mathrm{\β}}^2+k^2)J_1\left(\mathrm{\α}d\right)J_1\left(\mathrm{\β}d\right)-{({\mathrm{\β}}^2-k^2)}^2{J}_0\left(\mathrm{\α}d\right)J_1\left(\mathrm{\β}d\right)-4k^2{\mathrm{\α\βJ}}_1\left(\mathrm{\α}d\right)J_0\left(\mathrm{\β}d\right)=0$

式中，d為芯棒的直徑，J為Beseel函數；α、β與k分別滿足如下關系式：

${\mathrm{\α}}^2=\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{C_L^2}-k^2$

${\mathrm{\β}}^2=\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{C_T^2}-k^2$

$k=\frac{\mathrm{\ω}}{C_p}=\frac{2\mathrm{\π}f}{C_p}$

其中，C_L、C_T分別為玻璃鋼芯棒的縱波波速和橫波波速，所述縱波波速和橫波波速均由玻璃鋼芯棒的材料參數決定；ω為圓頻率；利用上述各式進行數值求解即得到C_p與f的關系，再利用C_p和C_g的關系得到C_g與f的關系，C_g與f的關系即為群速度頻散曲線；C_p和C_g的關系如下：

$C_g=\frac{C_p^2}{C_p-\left(fd\right)\frac{{\mathrm{dC}}_p}{d\left(fd\right)}}.$