[發(fā)明專利]利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711068787.5
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107917958B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發(fā)明（設計）人: 顏丙生;楊明超;湯寶平;劉自然;趙俊杰;聶士杰
• 申請（專利權）人: 河南工業(yè)大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/12
• 代理公司: 41129 河南大象律師事務所
• 代理人: 尹周

1.一種利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法，其特征在于：該方法是按照如下步驟實現(xiàn)的：

利用兩個表面波探頭由試件兩端沿相對方向同時激勵輸入相位相差π的表面波信號；

在試件的中點處用一個中心頻率為激勵頻率二倍的縱波直探頭進行信號采集；

對采集到的表面波信號進行快速傅里葉變換，并記錄二次諧波幅值，二次諧波幅值等同于相對超聲非線性系數(shù)來表征材料內(nèi)部微損傷程度；

當材料內(nèi)部沒有損傷時，單一頻率超聲波在固體材料中傳播時不會產(chǎn)生二次諧波，此時相對超聲非線性系數(shù)為零；當材料內(nèi)部有微損傷時，相對超聲非線性系數(shù)會隨微損傷的變化而變化；

相對超聲非線性系數(shù)與材料表面微損傷的長度的關系測定：對上述同一試件，僅改變微損傷的長度，長度取值在一定范圍內(nèi)，對每一微損傷長度測定唯一對應的相對超聲非線性系數(shù)，得到相對超聲非線性系數(shù)隨微損傷長度增加的變化趨勢；

相對超聲非線性系數(shù)與材料表面微損傷的數(shù)目的關系測定：對上述同一試件，僅改變微損傷的數(shù)目，數(shù)目取值在一定范圍內(nèi)，該微損傷沿試件的中點處對稱設置，對每一微損傷數(shù)目測定唯一對應的相對超聲非線性系數(shù)，得到相對超聲非線性系數(shù)隨微損傷數(shù)目增加的變化趨勢。

2.根據(jù)權利要求1所述的利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法，其特征在于：所述的表面波信號的激勵角度θ通過snell定理計算得出，

式中，C_斜楔為采用斜楔激發(fā)表面波時斜楔材料中的縱波波速，C_R為試件中表面波波速。

3.根據(jù)權利要求1所述的利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法，其特征在于：所述的由試件兩端沿相對方向同時激勵輸入相位相差π的表面波信號分別為相位α和(α+π)、周期和頻率都相同的正弦波信號，具體相位、周期和頻率要根據(jù)被測對象的材料和尺寸來選取。

4.根據(jù)權利要求1所述的利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法，其特征在于：所述的二次諧波幅值等同于相對超聲非線性系數(shù)采用下述方式得到：表面波在固體材料中傳播的波動方程為：

u(x,t)＝A₁ sin(ωt-kx)+A₂ cos2(ωt-kx)+... (1)

式(1)中，A₁為基波幅值，A₂為二次諧波幅值，其中：

式(2)中，k為發(fā)射超聲波的波數(shù)，x為波的傳播距離，β為超聲非線性系數(shù)；

由式(1)，當激勵相位為α的正弦波信號時，

u₁(x,t)＝A₁ sin(ωt-kx+α)+A₂ cos2(ωt-kx+α)+... (3)

當激勵相位為(α+π)的正弦波信號時，

u₂(x,t)＝A₁ sin(ωt-kx+α+π)+A₂ cos2(ωt-kx+α+π)+... (4)

在保證傳播距離x和波數(shù)k相同的情況下，同時激勵相位為α和(α+π)兩正弦波信號，

由式(5)可知，在同時激勵相位相差π的正弦波信號時，奇次項幅值互相抵消，偶次項幅值則變?yōu)樵瓉淼亩叮灰虼耍沃C波被完整保留下來，且其幅值變?yōu)?A₂；

由式(2)可得：

由式(6)可知，在波數(shù)k和傳播距離x一定的情況下，超聲非線性系數(shù)β只與基波幅值和二次諧波幅值有關，可以直接用相對超聲非線性系數(shù)來表示；在基波幅值完全抵消的情況下，相對超聲非線性系數(shù)β'只與二次諧波幅值A₂有關，因此可以直接用二次諧波幅值A₂來代替相對超聲非線性系數(shù)β'，可以直接由下式得出：

β'＝A₂ (7) 。

5.根據(jù)權利要求1所述的利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法，其特征在于：所述的微損傷為橢圓形，寬度取10nm，長度取值0-150μm，數(shù)目取值0-8個。