[發明專利]模態分解雙譜分析的空耦超聲應力檢測裝置及方法

有效

• 申請號: 202210541857.9
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114994175B
• 公開（公告）日: 2023-01-17
• 發明（設計）人: 闞艷;范鑫;單奕萌;趙勃;史維佳
• 申請（專利權）人: 國營蕪湖機械廠;哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/07;G01N29/44;G01N29/28;G01L1/25
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明提出了模態分解雙譜分析的空耦超聲應力檢測裝置及方法，通過激勵空耦換能器在待測件中激勵出純凈的A₀模態lamb波，確定換能器傾角，確定正弦脈沖信號，經過電壓放大器施加在激勵空耦換能器，用接收空耦換能器接收回波，通過前置放大器進行低噪聲放大，用示波器進行顯示并上傳至上位機；上位機進行模態分解雙譜分析獲得準確聲時差估計從而實現應力準確表征；本發明采用空氣耦合Lamb波超聲檢測，在檢測過程中以空氣代替了傳統超聲無損檢測中的耦合劑，消除了耦合劑對聲時差估計的影響，且模態分解雙譜分析方法能夠準確獲取有無應力的聲時差，解決了傳統的聲時差估計不準而導致的應力測量誤差較大，重復性較差等問題。

技術領域

本發明屬于超聲檢測技術領域，具體地，涉及一種基于模態分解雙譜分析的空氣耦合Lamb波超聲應力檢測裝置及其控制方法。

背景技術

超聲檢測是五大常規無損檢測之一，具有靈敏度高、穿透力強、指向性好、檢測速度快、成本低、設備相對簡單、對人體無害等優點。超聲檢測分為接觸式和非接觸式。接觸式超聲檢測技術需在超聲換能器和待測試樣之間用液體作為聲耦合劑，以減少超聲波在空氣中傳播的損失。使用耦合劑一方面增加了人為因素對結果的影響，另一方面很難滿足工業自動化生產和質量控制的需要，限制了超聲檢測的適用范圍。非接觸式無損檢測，無需耦合劑，檢測過程簡單、方便，檢測結果可避免人為耦合因素的影響，是快速無損檢測技術的主要發展方向之一。對于特殊材料，使用接觸式超聲檢測時水或者其他耦合劑會使材料受到污染，并且滲透到材料損傷部位，對其結構和性能造成破壞。根據應力檢測的聲彈性理論可知，若要準確的測量應力，必須獲得準確的聲時差。然而采用傳統接觸式超聲探頭必須配合耦合劑的使用，耦合劑的薄厚以及接觸情況會引入聲時差誤差，將直接影響應力測量的準確性與精度。

隨著顯微機械加工技術的發展以及高分子材料技術的進步，高效率、高靈敏度的空氣耦合式超聲波換能器的制作取得了較大的突破，加上低噪聲、高增益的放大器的研制及計算機信號處理技術的發展，使空氣耦合式超聲波無損檢測技術有了長足的進步，并在無損檢測領域獲得了較好的應用成果。

Lamb波是一種在板狀結構內傳播的超聲導波，具有傳播范圍遠，能量衰減弱的特點?；贚amb波的無損檢測技術通過分析Lamb波接收信號在時域或頻域上的特征變化來判斷板內的應力狀況，具有檢測面積大、檢測速度快的優點。

發明內容

本發明提出了一種基于模態分解雙譜分析的空氣耦合Lamb波超聲應力檢測裝置及其控制方法，來準確獲取有無應力的聲時差，解決了傳統的聲時差估計不準而導致的應力測量誤差較大，重復性較差等問題。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于模態分解雙譜分析的空氣耦合Lamb波超聲應力檢測裝置：

所述超聲應力檢測裝置包括信號發生器、電壓放大器、激勵空耦換能器1、傾角調節固定連接器1-1、接收空耦換能器2、待測件3、二維運動平臺4、前置放大器、示波器和上位機；

所述信號發生器生成信號，經過電壓放大器將幅值放大，并施加在激勵空耦換能器1上，激勵空耦換能器1在待測件3中激勵出純凈的lamb波模態；

所述接收空耦換能器2接收回波，經過前置放大器對接收到的回波進行低噪聲放大，用示波器進行顯示，并上傳至上位機；

所述傾角調節固定連接器1-1用于調節激勵空耦換能器1與接收空耦換能器2之間的傾角；

所述二維運動平臺4用于調節激勵空耦換能器1和接收空耦換能器2的間距以及步進掃描。

進一步地，

根據聲彈性效應進行應力檢測時，應力測量模型可表示為

σ＝KD (1)

式中，σ為待測件應力，K為待測件應力系數，D為無應力標準件和有應力待測件的接收Lamb波的聲時差。