[發明專利]利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法

有效

• 申請號: 201711068787.5
• 申請日: 2017-11-03
• 公開（公告）號: CN107917958B
• 公開（公告）日: 2020-01-24
• 發明（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

本發明屬于非線性超聲檢測領域，尤其是利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法。利用兩個表面波探頭由試件兩端同時沿著相對方向激勵相位相差的表面波信號，在試件中間進行接收；接收到的信號中基波由于相位相反而抵消，二次諧波被完整的保留下來，進而可以直接利用二次諧波幅值來代替相對超聲非線性系數來表征材料微損傷程度；該相對超聲非線性系數隨著材料表面微損傷長度和數目變化存在相對應的變化關系，利用該關系可以檢測材料表面微損傷長度和數目變化情況，預測材料的使用壽命。

技術領域

本發明屬于非線性超聲檢測領域，尤其是利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法。

背景技術

一般來說，固體材料由于晶體、晶體缺陷或其他微損傷的存在而存在非線性的特征，其非線性一般通過材料高階彈性常數來描述。由于固體材料的非線性，單一頻率超聲波在固體材料內部傳播時會與材料內部微損傷產生非線性相互作用，從而產生二次諧波。為了有效反應這一特點，定義超聲非線性系數β表征材料內部微損傷程度。對于給定的波數k和傳播距離x，通過對基波A₁和二次諧波幅值A₂的測量，就可以確定材料的超聲非線性系數。

為研究方便，直接采用相對超聲非線性系數來表征超聲非線性系數的變化情況。

目前的非線性表面波檢測結果中二次諧波幅值A₂與基波幅值A₁相比相對較小，提取二次諧波時誤差較大。由相對超聲非線性系數計算公式可知，要同時得出A₁與A₂幅值并且通過計算才能得出相對超聲非線性系數，計算相對超聲非線性系數較麻煩，過程較為繁瑣。而且目前的非線性表面波檢測方法中采用的是單一探頭單向激勵表面波，檢測距離小，檢測效率不高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法，利用兩個表面波探頭由試件兩端同時沿著相對方向激勵相位相差π的表面波信號，在試件中間進行接收表面波信號；

接收到的表面波信號中基波由于相位相反而抵消，二次諧波被完整的保留下來且相互疊加，進而可以直接利用疊加的二次諧波幅值來代替相對超聲非線性系數來表征材料內部微損傷程度；

該相對超聲非線性系數隨著材料表面微損傷的長度和數目變化趨勢，與材料表面微損傷的長度和數目存在對應關系，利用該變化關系可以檢測材料表面微損傷長度和數目變化情況，預測材料的使用壽命；

為了解決上述技術問題，本發明的技術方案是這樣實現的：

利用反相對表面波檢測材料表面微損傷的方法，該方法是按照如下步驟實現的：

利用兩個表面波探頭由試件兩端沿相對方向同時激勵相位相差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來表征材料內部微損傷程度；

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

相對超聲非線性系數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，對每一微損傷長度測定唯一對應的相對超聲非線性系數，得到相對超聲非線性系數隨微損傷長度增加的變化趨勢；

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