[發(fā)明專利]一種基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010510664.8
• 申請日: 2020-06-08
• 公開（公告）號: CN111521565B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)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

本發(fā)明公開了一種基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括超聲激發(fā)裝置，用于作為帶有待測裂紋的樣品的超聲信號激發(fā)源；加熱裝置，用于加熱樣品上的待測裂紋，產(chǎn)生熱應力以使裂紋閉合；超聲探測裝置，用于接收超聲信號；信號采集裝置，用于采集超聲信號并傳輸至控制裝置；運動裝置，用于帶動加熱裝置在待測裂紋上的加熱點和待測裂紋同步運動；控制裝置，用于調(diào)節(jié)加熱裝置的加熱功率以及控制運動裝置運動，還用于根據(jù)裂紋閉合產(chǎn)生的位移與加熱功率的對應關系，求取樣品上待測裂紋的開口寬度。本發(fā)明不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對疲勞裂紋在施加載荷時開口寬度的檢測，而且整個檢測過程無損，不會影響被測樣品，整體檢測效率高，精度高。

技術領域

本發(fā)明屬于材料無損檢測技術領域，具體涉及激光超聲檢測技術領域，特別涉及一種基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統(tǒng)及方法。

背景技術

激光超聲技術是一種材料無損檢測技術，它具有非接觸、寬頻帶、多模態(tài)激發(fā)以及激發(fā)和探測光源便于移動等特點，適用于對復雜構件和大型構件的檢測，并適用于高溫、高壓、高酸堿及輻射等惡劣環(huán)境下。書刊[魏坤霞.無損檢測技術[M].中國石化出版社，2016.]中介紹，目前常用的激光超聲檢測方法采用激光束作為激勵，在被測材料中激發(fā)超聲波信號，使用壓電換能器或測振儀等方法接收信號。

裂紋檢測是無損檢測的一個重要方面，激光超聲裂紋檢測技術是裂紋檢測方向的新興研究熱點。書刊[沈中華，袁玲，張宏超，等.固體中的激光超聲[M].第1版.北京:人民郵電出版社，2015.]中介紹，線性激光超聲裂紋檢測方法通過探測超聲波與裂紋作用產(chǎn)生的反射和散射信號來確定裂紋的存在，然而若裂紋的開口寬度進一步減小，表面波將直接穿過裂紋而不發(fā)生反射與散射，則其無法對這類微裂紋進行有效的檢測。非線性激光超聲裂紋檢測方法利用裂紋閉合狀態(tài)的變化以及由此引起的各種非線性聲學現(xiàn)象對開口寬度很小的真實微裂紋進行檢測，相比于傳統(tǒng)的線性激光超聲檢測方法，其突出的優(yōu)點是可以大幅度地改善和提高對真實微裂紋的檢測靈敏度。

利用非線性的激光超聲方法也能對在施加載荷情況下裂紋閉合所發(fā)生的改變進行檢測。中國專利201110185407.2公開了一種固體材料表面疲勞裂紋的無損檢測方法。在掃查光源的每步掃查過程中，通過檢測激發(fā)光源激發(fā)的聲表面波信號在激光加熱以及冷卻兩種情況下的變化，以實現(xiàn)微裂紋的檢測。之前也有學者[呂錦超,沈中華,倪辰蔭.光致裂紋閉合及改變的激光超聲監(jiān)測[J].無損檢測，2017,39(6):19-23.]在黑玻璃樣品上通過對透射情況下表面波和模式轉(zhuǎn)換信號的檢測，研究了光致裂紋閉合過程中裂紋的改變。該方案可對在施加載荷情況下裂紋閉合所發(fā)生的改變進行檢測，并且過程簡便，但仍然存在以下不足：采集系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)偶然性大，而且難以實現(xiàn)對裂紋開口寬度的檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術存在的不足，提供一種基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統(tǒng)及方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術解決方案為：一種基于激光超聲的裂紋開口寬度檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括帶有待測裂紋的樣品、超聲激發(fā)裝置、加熱裝置、超聲探測裝置、信號采集裝置、運動裝置以及控制裝置；

所述超聲激發(fā)裝置，用于作為帶有待測裂紋的樣品的超聲信號激發(fā)源；

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

所述超聲探測裝置，用于接收超聲信號；

所述信號采集裝置，用于采集超聲信號并傳輸至控制裝置；

所述運動裝置，用于帶動所述加熱裝置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，用于調(diào)節(jié)所述加熱裝置的加熱功率以及控制運動裝置運動，還用于根據(jù)裂紋閉合產(chǎn)生的位移與加熱功率的對應關系，求取樣品上待測裂紋的開口寬度；