[發明專利]一種識別裂紋方向的方法

有效

• 申請號: 201710516657.7
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107144637B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 閻守國;黃娟;張碧星
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/44
• 代理公司: 北京億騰知識產權代理事務所(普通合伙) 11309
• 代理人: 陳霽

本發明涉及一種識別裂紋方向的方法，包括以下步驟：在待檢測區域上的任意位置預設焦點，多波聲場聚焦在所述預設焦點上；控制所述預設焦點處的聲場偏振方向，使其在預設方向上；不斷改變預設方向，使所述焦點處聲場偏振方向在0?360°的范圍內旋轉，并記錄不同聲場偏振方向下的裂紋回波信號；對所述裂紋回波信號進行處理，得到多波檢測的裂紋總回波信號；基于所述裂紋總回波信號的幅度，識別裂紋的方向；改變聲場聚焦點的位置，重復上述處理過程，檢測整條裂紋的發育方向。利用上述步驟和方法，在不改變入射聲束和焦點位置的情況下，通過控制焦點處聲場的偏振方向，就可檢測出裂紋的方向。

技術領域

本發明涉及超聲檢測與成像技術領域，尤其涉及一種識別裂紋方向的方法。

背景技術

在材料表面積聚的應力往往會使材料表面形成極為微小的表面裂紋或亞表面裂紋，其寬度可小至微米量級。這些隱藏在材料和結構件表面或亞表面的極為微小的裂紋在應力或環境(或兩者同時)作用下，會繼續生長，使工件的機械性能明顯變差，而若裂紋沿工件的厚度較薄的方向擴展到一定程度，則會造成工件的斷裂。同時又因其尺寸微小，通常又比可見裂紋更具隱蔽性和危險性。因此，為了實現對材料結構安全性的預警，所使用的無損檢測方法必須具有可以檢出此類裂紋的檢測能力，尤其是可以檢測裂紋的方向。

超聲相控陣技術是近年發展起來的一種超聲無損檢測技術。該技術能有效地提高檢測速度和檢測信號的信噪比，具有快速、可靠、準確等特點。超聲相控陣掃描采用電子技術控制超聲換能器各陣元激勵脈沖的時延和幅度，產生形狀和方向電子可調的超聲聚焦聲束，進而在不需要移動換能器位置或少移動換能器位置的情況下，對待檢區域進行掃描、檢測與成像，對待檢物的內部結構和缺陷隱患進行查掃并給出圖像。

綜上所述，在超聲成像檢測中，裂紋的方向識別具有非常重要的意義，但目前并沒有有效可靠的方法和手段。在目前的超聲檢測中，都是按照裂紋可能的分布方向來設置入射聲束的方向并達到有效的檢測，然而，入射聲束的方向往往會受到一些條件的限制，不能隨意改變，因而很難檢測到某些方向上的裂紋，更不能識別出裂紋的方向。

發明內容

本發明的目的，是為了克服現有技術超聲成像檢測設備和儀器存在的上述技術問題，提供了一種識別裂紋方向的方法，其利用固體介質中超聲多波聚焦及聲場偏振方向控制等手段，來檢測裂紋并識別裂紋方向。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種識別裂紋方向的方法，包括以下步驟：

在待檢測區域上的任意位置預設焦點，多波聲場聚焦在所述預設焦點上；

控制所述預設焦點處的聲場偏振方向，使其在預設方向上；

不斷改變預設方向，使所述焦點處聲場偏振方向在0-360°的范圍內旋轉，并記錄不同聲場偏振方向下的裂紋回波信號；

對所述裂紋回波信號進行處理，得到多波檢測的裂紋總回波信號；

基于所述裂紋總回波信號的幅度，識別裂紋的方向；

改變聲場聚焦點的位置，重復上述處理過程，檢測整條裂紋的發育方向。

在一個可能的實現方式中，當所述超聲換能器各陣元在待檢區域只激發出橫波和縱波時，在待檢測區域上的任意位置預設焦點，多波聲場聚焦在所述預設焦點上，具體為：

使超聲換能器各陣元發射兩個脈沖,控制所述兩個脈沖的時間差，使得超聲換能器各陣元第一個脈沖激發的橫波和第二個脈沖激發的縱波同時到達所述預設焦點；以及控制超聲換能器各陣元發射的第一個脈沖的時間延遲，使得超聲換能器各陣元發射的第一脈沖激發的橫波同時到達預設焦點，從而實現橫波和縱波同時聚焦。

在一個可能的實現方式中，當超聲換能器各陣元在待檢區域中激發出橫波、縱波及導波時，在待檢測區域上的任意位置預設焦點，多波聲場聚焦在所述預設焦點上，具體為：