[發明專利]基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征方法及系統

在審

• 申請號: 202310074104.6
• 申請日: 2023-01-15
• 公開（公告）號: CN116183512A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發明（設計）人: 李兵;秦峰;陳磊;張振龍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01N21/17
• 分類號: G01N21/17;G01N29/11;G01N29/265;G01N29/44
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

1.一種基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、以裂紋深度作為待表征尺寸，在被測物表面加工裂紋；

S2、利用高功率脈沖激光分別在步驟S1得到的被測物表面和內部激發超聲波；

S3、通過移動被測物或者激光光束實現激光光斑的移動，完成對缺陷的激光超聲掃描檢測，基于激光超聲掃描采集的數據進行激光超聲波場重構；

S4、求解步驟S3得到的激光超聲波場的能量譜，根據能量譜判斷缺陷位置；

S5、根據步驟S4得到的缺陷位置確定激光超聲波經過缺陷的時刻，同時對多個時刻經過缺陷時激光超聲波的波場能量譜進行分析，得到激光超聲波在經過缺陷過程的能量譜變化情況；

S6、基于步驟S5得到的能量譜變化情況確定在經過缺陷時能量譜能量的衰減情況，建立能量譜與缺陷深度的單一對應關系，實現裂紋尺寸的定量表征。

2.根據權利要求1所述的基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征方法，其特征在于，步驟S1中，裂紋的深度為0.1mm，0.3mm，0.5mm，0.7mm和0.9mm。

3.根據權利要求2所述的基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征方法，其特征在于，裂紋的長度為5mm，寬度為0.5mm。

4.根據權利要求1所述的基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征方法，其特征在于，步驟S2中，采用熱彈效應或燒蝕效應在被測物表面和內部激發出超聲波。

5.根據權利要求1所述的基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征方法，其特征在于，步驟S3中，采用超聲探頭或光學干涉方式采集相應的信號，獲得激光超聲時頻域信號。

6.根據權利要求1所述的基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征方法，其特征在于，步驟S4中，設置掃描間隔，通過光斑的掃描檢測獲得缺陷的激光超聲波場圖，然后采用能量譜算法獲得不同時刻的激光超聲波場能量譜。

7.根據權利要求1所述的基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征方法，其特征在于，步驟S5中，激光超聲波在經過缺陷過程中能量譜的變化情況包括缺陷對激光超聲能量的再分布特性。

8.根據權利要求1所述的基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征方法，其特征在于，步驟S6具體為：

對經過缺陷和未經過缺陷兩種波場的能量譜所有能量進行求和，并計算能量差值和能量比值，通過建立與缺陷深度之間的對應關系，實現對缺陷深度的定量表征。

9.根據權利要求8所述的基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征方法，其特征在于，采用人工智能方法從能量譜中提取對應參數實現對缺陷的表征。

10.一種基于能量譜分析的激光超聲裂紋尺寸定量表征系統，其特征在于，包括：

加工模塊，以裂紋深度作為待表征尺寸，在被測物表面加工裂紋；

激發模塊，利用高功率脈沖激光分別在加工模塊得到的被測物表面和內部激發超聲波；

掃描模塊，通過移動被測物或者激光光束實現激光光斑的移動，完成對缺陷的激光超聲掃描檢測，基于激光超聲掃描采集的數據進行激光超聲波場重構；

計算模塊，求解掃描模塊得到的激光超聲波場的能量譜，根據能量譜判斷缺陷位置；

表征模塊，根據計算模塊得到的缺陷位置確定激光超聲波經過缺陷的時刻，同時對多個時刻經過缺陷時激光超聲波的波場能量譜進行分析，得到激光超聲波在經過缺陷過程的能量譜變化情況；基于能量譜變化情況確定在經過缺陷時能量譜能量的衰減情況，建立能量譜與缺陷深度的單一對應關系，實現裂紋尺寸的定量表征。