[發明專利]一種基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統及方法

有效

• 申請號: 202010510664.8
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111521565B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 倪辰蔭;張月影
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01B21/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 朱炳斐

1.一種基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統，其特征在于，所述系統包括帶有待測裂紋的樣品(4)、超聲激發裝置(1)、加熱裝置(2)、超聲探測裝置(3)、信號采集裝置(5)、運動裝置(6)以及控制裝置(7)；

所述超聲激發裝置(1)，用于作為帶有待測裂紋的樣品(4)的超聲信號激發源；

所述加熱裝置(2)，用于加熱所述樣品(4)上的待測裂紋，產生熱應力以使裂紋閉合；

所述超聲探測裝置(3)，用于接收超聲信號；

所述信號采集裝置(5)，用于采集超聲信號并傳輸至控制裝置(7)；

所述運動裝置(6)，用于帶動所述加熱裝置(2)在待測裂紋上的加熱點和待測裂紋同步運動；

所述控制裝置(7)，用于調節所述加熱裝置(2)的加熱功率以及控制運動裝置(6)運動，還用于根據裂紋閉合產生的位移與加熱功率的對應關系，求取樣品(4)上待測裂紋的開口寬度；

所述超聲激發裝置(1)輻照至樣品(4)表面的激發點、加熱裝置(2)輻照至待測裂紋上的加熱點以及超聲探測裝置(3)進行超聲探測的探測點位于同一直線，且該直線與所述待測裂紋的走向垂直。

2.根據權利要求1所述的基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統，其特征在于，所述加熱裝置(2)具體采用連續激光器。

3.根據權利要求2所述的基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統，其特征在于，所述系統還包括反射裝置，該裝置與樣品(4)均設置在運動裝置(6)上，所述連續激光器的出射光經所述反射裝置反射后照射于所述樣品(4)上的待測裂紋。

4.根據權利要求3所述的基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統，其特征在于，所述連續激光器的出射光在待測裂紋上形成的光斑的中心，與待測裂紋沿裂紋寬度方向的中心重合。

5.根據權利要求1所述的基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統，其特征在于，所述超聲激發裝置(1)采用脈沖激光器，其發出的脈沖激光聚焦成點光源輻照在所述樣品(4)的表面，激發超聲。

6.根據權利要求1所述的基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統，其特征在于，所述超聲探測裝置(3)采用連續激光器或聲換能器。

7.基于權利要求1至6任意一項所述的基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統的檢測方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1，確定加熱裝置(2)在待測裂紋上的加熱區域；

步驟2，調節超聲激發裝置(1)輻照至帶有待測裂紋的樣品(4)表面的激發點、加熱裝置(2)輻照至待測裂紋上的加熱點以及超聲探測裝置(3)進行超聲探測的探測點位于同一直線，且該直線與所述待測裂紋的走向垂直，之后固定超聲激發裝置(1)和超聲探測裝置(3)；

步驟3，由運動裝置(6)帶動所述加熱裝置(2)在待測裂紋上的加熱點和待測裂紋沿所述待測裂紋的走向同步運動，使超聲激發裝置(1)和超聲探測裝置(3)從所述加熱區域的一側移動至另一側，由信號采集裝置(5)采集超聲信號并傳輸至控制裝置(7)；

步驟4，設置加熱裝置(2)的初始加熱功率；

步驟5，開啟加熱裝置(2)，加熱待測裂紋以通過熱應力使裂紋閉合，達到熱平衡狀態后，按照步驟3的過程實現一次掃描和信號采集；關閉加熱裝置(2)使待測裂紋恢復室溫下的平衡狀態，之后再次按照步驟3的過程實現一次掃描和信號采集；

步驟6，預設步長序列，依次按照該序列中的每一個步長逐步增大加熱功率，并重復執行步驟5；

步驟7，獲取經上述過程后使得處于掃描區域內的待測裂紋完全閉合時即超聲信號飽和時加熱裝置(2)的加熱功率；

步驟8，根據裂紋閉合產生的位移與加熱功率的對應關系，結合步驟7中的所述加熱功率，利用控制裝置(7)求取所述掃描區域內的待測裂紋完全閉合時產生的位移，即掃描區域內待測裂紋的開口寬度。

8.根據權利要求7所述的基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測方法，其特征在于，所述方法還包括在步驟7之前執行：提取每一次掃描中超聲信號的峰峰值。