基于超聲波波長變化的材料應(yīng)力檢測技術(shù)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無損檢測領(lǐng)域，涉及到基于超聲波波長變化的材料應(yīng)力檢測技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 超聲檢測是國內(nèi)外應(yīng)用最廣、使用頻率最高且發(fā)展較快的一種無損檢測技術(shù)，已 經(jīng)成為材料和結(jié)構(gòu)無損檢測與評價(jià)的最常用手段之一。它是一種無損檢測方法，不會對構(gòu) 件造成損傷，并且不會對外界環(huán)境造成污染。超聲波穿透能力強(qiáng)，能同時(shí)測量構(gòu)件表面殘余 應(yīng)力和內(nèi)部應(yīng)力。采用超聲波傳感器進(jìn)行超聲波的發(fā)射和接收，對構(gòu)件表面質(zhì)量要求低，可 實(shí)現(xiàn)非接觸測量。超聲波受環(huán)境影響較小，檢測速度快，可靠性好。
[0003] 傳統(tǒng)超聲波應(yīng)力檢測方法中是采用時(shí)間差法來表征傳播速度與應(yīng)力間的關(guān)系，然 而傳播速度通常非常大，導(dǎo)致相同距離時(shí)不同應(yīng)力作用下傳播聲時(shí)差距很微弱，需要采用 較高的采樣率，而h=ct，當(dāng)h固定時(shí)，通常通過檢測時(shí)間t的變化量At來測量C，但是C 的速度較大，t變化較小，采樣率較高，因?yàn)閔/AtOCC，因此常規(guī)方法動態(tài)誤差大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明提出了基于超聲波波長變化的材料應(yīng)力檢測技術(shù)，可以 減小動態(tài)誤差，因?yàn)楣潭l率時(shí)，速度C與波長X成正比，應(yīng)力發(fā)生變化，波長V隨之發(fā)生 變化，通過與參考信號的比較可計(jì)算出波長V的變化量，進(jìn)而可求出超聲波速度C的變化 量，最終求出應(yīng)力的變化量。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：采用超聲波探頭1作為超聲波激勵探頭，超聲波探頭2 作為超聲信號接收探頭。用固定頻率為f?的功率信號連續(xù)激勵探頭1。當(dāng)被測材料未加載 應(yīng)力時(shí)，取探頭1與探頭2之間的直線距離為單個(gè)波長，即h=Vtl=c ，Vtl為未加載應(yīng)力 時(shí)的波長，Ctl為未加載應(yīng)力時(shí)的聲速；定義探頭1激勵信號的一個(gè)最大幅值點(diǎn)與探頭2接 收信號的最大幅值點(diǎn)的最小相位差為參考相位（如圖2)。保持距離h和頻率f不變， 對被測材料加載應(yīng)力，記此時(shí)超聲波的波長為V1，聲速為C1，同樣定義激勵信號的一個(gè)最大 幅值點(diǎn)與接收信號的一個(gè)最大幅值點(diǎn)的最小相位差O1為計(jì)算相位（如圖3);將計(jì)算相位
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于超聲波波長變化的材料應(yīng)力檢測技術(shù)，其特征在于：包括以下步驟： (1)選用固定頻率為f的功率信號連續(xù)激勵超聲波探頭1，超聲波探頭1和超聲波探頭 2垂直放置在被測材料上； ⑵被測材料未加載應(yīng)力時(shí)，取探頭1與探頭2之間的直線距離為單個(gè)波長，即h = V。 =CcZf ,Vtl為未加載應(yīng)力時(shí)的波長，C C1為未加載應(yīng)力時(shí)的聲速；定義探頭1激勵信號的一個(gè) 最大幅值點(diǎn)與探頭2接收信號的最大幅值點(diǎn)的最小相位差O tl為參考相位；
(3) 保持距離h和頻率f不變，對被測材料加載應(yīng)力，記此時(shí)超聲波的波長為V1，聲速為 C1;同樣定義激勵信號的一個(gè)最大幅值點(diǎn)與接收信號的一個(gè)最大幅值點(diǎn)的最小相位差Φ i 為計(jì)算相位； (4) 將計(jì)算相位O1與參考相位Φ ^作差，得到 可以將其變 形為
V = VfV。)。由于V = c/f
，頻率f固定， Λ V與Λ C成正比，而Ac與Λ 〇成正比例關(guān)系（如公式1)，由此可以計(jì)算出應(yīng)力改變 量。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于超聲波波長變化的材料應(yīng)力檢測技術(shù)，其特征在于：權(quán)利 要求（2)中所述的參考相位為不施加應(yīng)力時(shí)的發(fā)射信號與接收信號最大幅值點(diǎn)間的最小 相位差，計(jì)算相位為施加不同應(yīng)力時(shí)的發(fā)射信號與接收信號最大幅值點(diǎn)間的最小相位差； 以參考相位與計(jì)算相位之間的相位差表征應(yīng)力引起超聲信號在被測材料中傳播速度的改 變量。
【專利摘要】本發(fā)明屬于無損檢測領(lǐng)域，涉及到基于超聲波波長變化的材料應(yīng)力檢測技術(shù)。本發(fā)明原理是超聲波聲彈性原理：在材料中的傳播速度c會在一定程度上受材料中應(yīng)力的影響，根據(jù)v＝c/f，當(dāng)頻率f固定時(shí)，聲速c與波長v成正比，通過檢測經(jīng)過相同路徑到達(dá)同一個(gè)點(diǎn)時(shí)的相位，可得到波長的變化，從而得到聲速的變化，最終可以得到應(yīng)力的變化量。該方法與傳統(tǒng)超聲波測量應(yīng)力方法相比，具有測量實(shí)時(shí)性高、適于在線檢測、應(yīng)力的瞬態(tài)檢測，動態(tài)誤差小，測量精度高的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01L1-25, G01N29-04
【公開號】CN104764803
【申請?zhí)枴緾N201410820938
【發(fā)明人】梁巍, 吳舒嫻, 付柯楠, 肖永良, 賈薇
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2014年12月25日