一種斜入射非線性超聲檢測(cè)定位裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種斜入射非線性超聲檢測(cè)定位裝置。本實(shí)用新型包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、發(fā)射換能器、第一楔塊、第二楔塊、接收換能器、示波器、三維精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，信號(hào)發(fā)生器通過(guò)功率放大器與發(fā)射換能器連接，發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波通過(guò)第一楔塊傳遞到被測(cè)金屬塊，并在金屬塊中與裂紋相互作用形成帶有特征信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)，接收換能器通過(guò)第二楔塊接受該檢測(cè)信號(hào)，并將該檢測(cè)信號(hào)傳遞至示波器進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存。本實(shí)用新型用楔塊連接金屬塊與換能器，通過(guò)使用不同傾斜角的楔塊可以改變超聲波入射到金屬塊的角度，因此可以避免裂紋開(kāi)口正對(duì)檢測(cè)聲波傳播方向的情況，提高裂紋檢出概率。
【專利說(shuō)明】
一種斜入射非線性超聲檢測(cè)定位裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實(shí)用新型涉及一種斜入射非線性超聲檢測(cè)定位裝置?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]完整的金屬在應(yīng)力作用下，某些薄弱部位發(fā)生局部破斷而形成裂紋。裂紋通常在金屬使用中是會(huì)擴(kuò)展的，它不僅直接破壞了金屬的連續(xù)性，而且裂紋的尾端必然會(huì)引起應(yīng)力集中，促使金屬構(gòu)件在較低的應(yīng)力條件下發(fā)生裂紋擴(kuò)展，最終發(fā)生斷裂和失效事故。因此，有必要研究一種能夠準(zhǔn)確檢測(cè)金屬材料早期塑性變形和疲勞裂紋的技術(shù)，超聲無(wú)損檢測(cè)技術(shù)與其它無(wú)損檢測(cè)技術(shù)相比，具有缺陷定位準(zhǔn)確、檢測(cè)靈敏度高、對(duì)人體無(wú)害等諸多優(yōu)點(diǎn)。但傳統(tǒng)線性超聲檢測(cè)技術(shù)由于原理上的局限性只能停留在定性分析階段，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)微裂紋的定量評(píng)價(jià)和精確定位。近年來(lái)，力學(xué)、聲學(xué)和材料學(xué)領(lǐng)域的一些研究發(fā)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部疲勞損傷引起的力學(xué)性能的改變通過(guò)非線性超聲能夠得到很好的反應(yīng)，即使非常小的裂紋，也會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)明顯的非線性。有限幅度法是目前使用最多的非線性聲學(xué)方法之一， 固體介質(zhì)的材料非線性主要來(lái)源于材料內(nèi)部的微觀缺陷，單一頻率超聲波在材料中傳播時(shí)，會(huì)與這些微小缺陷相互作用產(chǎn)生非線性特性，從而產(chǎn)生高次諧波。通過(guò)對(duì)高次諧波的觀察研究，就可以對(duì)被檢材料的內(nèi)部進(jìn)行有效的早期疲勞損傷無(wú)損檢測(cè)和評(píng)估。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種斜入射非線性超聲檢測(cè)定位裝置。
[0004]本實(shí)用新型解決技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案為:
[0005]本實(shí)用新型包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、發(fā)射換能器、第一楔塊、第二楔塊、接收換能器、示波器、三維精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，信號(hào)發(fā)生器通過(guò)功率放大器與發(fā)射換能器連接， 發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波通過(guò)第一楔塊傳遞到被測(cè)金屬塊，并在金屬塊中與裂紋相互作用形成帶有特征信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)，接收換能器通過(guò)第二楔塊接受該檢測(cè)信號(hào)，并將該檢測(cè)信號(hào)傳遞至示波器進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存。
[0006]所述發(fā)射換能器和接收換能器相隔一定距離分別安裝在傳感器夾具上，傳感器夾具設(shè)置在三維精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，使得傳感器夾具能在三維方向上運(yùn)動(dòng)。
[0007]進(jìn)一步說(shuō)，所述的傳感器夾具包括第一螺栓、轉(zhuǎn)動(dòng)頭、第二螺栓和直杠，第一螺栓用于固定換能器，第二螺栓用于調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)頭的角度，從而間接調(diào)整換能器的角度，轉(zhuǎn)動(dòng)頭設(shè)置在直杠的下端，直杠的上端與分度頭連接。
[0008]本實(shí)用新型的有益效果:用楔塊連接金屬塊與換能器，通過(guò)使用不同傾斜角的楔塊可以改變超聲波入射到金屬塊的角度，因此可以避免裂紋開(kāi)口正對(duì)檢測(cè)聲波傳播方向的情況，提高裂紋檢出概率，同時(shí)發(fā)射和接收換能器在金屬塊的同一側(cè)檢測(cè)時(shí)更加方便。【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為檢測(cè)原理圖。
[0010]圖2為檢測(cè)裝置示意圖。
[0011]圖3為傳感器夾具示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0013]結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
[0014]如圖1和圖2所示，本實(shí)用新型提出了一種斜入射非線性超聲檢測(cè)定位裝置。通過(guò)改變超聲換能器的位置和角度可以避開(kāi)聲波傳播方向正對(duì)裂紋開(kāi)口的情況，能夠提高裂紋檢出率。并且可以根據(jù)發(fā)射換能器與接收換能器之間的角度和距離推算出裂紋在金屬塊中的位置。該裝置包括信號(hào)發(fā)生器1、功率放大器2、發(fā)射換能器3、左楔塊4、右楔塊6、接收換能器7、示波器8、三維精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)9。[〇〇15]信號(hào)發(fā)生器通過(guò)功率放大器與發(fā)射換能器連接，發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波通過(guò)第一楔塊傳遞到被測(cè)金屬塊，并在金屬塊中與裂紋相互作用形成帶有特征信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)， 接收換能器通過(guò)第二楔塊接受該檢測(cè)信號(hào)，并將該檢測(cè)信號(hào)傳遞至示波器進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存。
[0016]本實(shí)施例中的三維精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)主要由工作臺(tái)10、運(yùn)動(dòng)電機(jī)11、絲桿12、導(dǎo)軌 13組成。工作臺(tái)10中央放置有被測(cè)金屬塊5，運(yùn)動(dòng)電機(jī)11帶動(dòng)絲桿12轉(zhuǎn)動(dòng)，從而控制兩換能器之間的橫向距離，導(dǎo)軌13用于調(diào)節(jié)兩換能器之間的縱向距離。傳感器夾具如圖3所示，傳感器夾具包括第一螺栓16、轉(zhuǎn)動(dòng)頭17、第二螺栓18和直杠19,第一螺栓用于固定換能器，第二螺栓用于調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)頭的角度，從而間接調(diào)整換能器的角度，轉(zhuǎn)動(dòng)頭設(shè)置在直杠的下端，直杠的上端與分度頭14連接。
[0017]本實(shí)用新型的基本原理:斜入射的超聲波帶動(dòng)金屬塊內(nèi)的閉合裂紋周期性張開(kāi)和閉合，使得聲波發(fā)生畸變產(chǎn)生高次諧波。但因?yàn)槌暡ㄔ谒膫鞑シ较蛏夏芰孔顝?qiáng)，所以只有當(dāng)閉合裂紋位于聲波傳播路徑中時(shí)，超聲波與裂紋的相互作用最大會(huì)產(chǎn)生最明顯的高次諧波。同時(shí)與裂紋相互作用帶有高次諧波的檢測(cè)信號(hào)大部分會(huì)被裂紋面反射，因此當(dāng)接收換能器位于反射聲波傳播方向時(shí)接收到的檢測(cè)信號(hào)性噪比最高，高次諧波幅值也最大。此時(shí)通過(guò)計(jì)算兩個(gè)換能器的距離、角度便能推算出閉合裂紋在金屬塊中的位置。[〇〇18]本實(shí)用新型的使用過(guò)程:由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一列高頻率的正弦波，經(jīng)過(guò)功率放大器放大后激勵(lì)發(fā)射換能器產(chǎn)生大振幅超聲波，超聲波通過(guò)楔塊傳遞到金屬塊并在金屬塊中與裂紋相互作用產(chǎn)生高次諧波，由接收換能器接收檢測(cè)信號(hào)并通過(guò)示波器顯示和儲(chǔ)存。通過(guò)三維精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)使得發(fā)射換能器在金屬塊表面緩慢移動(dòng)直到接收換能器接收到的檢測(cè)信號(hào)中高次諧波幅值最大。然后再由三維精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)讓接收換能器在金屬塊表面緩慢移動(dòng)直到尋找到檢測(cè)信號(hào)中高次諧波幅值最大的位置。此時(shí)根據(jù)兩個(gè)換能器的距離、入射角度推算出閉合裂紋在鋁塊中的位置。
[0019] 實(shí)施例:以長(zhǎng)500mm、寬250mm、高300mm，中間存在人工制造的閉合裂紋的鋁塊作為檢測(cè)對(duì)象，按照?qǐng)D1、圖2搭建檢測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、超聲換能器一、 超聲換能器二、楔塊一、楔塊二、三維精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。發(fā)射超聲換能器的中心頻率為 1.39MHz，由于頻率為f?的超聲波與缺陷相互作會(huì)產(chǎn)生頻率為nf (n=l，2，3"_)的高次諧波。所以選擇中心頻率及帶寬要較大的接收超聲換能器。由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生1.4MHz頻率、5V電壓的正弦波，通過(guò)功率放大器放大20dB后激勵(lì)換能器產(chǎn)生大振幅超聲波。再由另一個(gè)換能器接收與閉合裂紋相互作用產(chǎn)生了高次諧波的檢測(cè)信號(hào)，并用示波器儲(chǔ)存和顯示。用三維精密控制系統(tǒng)移動(dòng)發(fā)射換能器使檢測(cè)信號(hào)中的高次諧波幅值最大，然后再移動(dòng)接收換能器尋找檢測(cè)信號(hào)中高次諧波最大的位置。根據(jù)兩個(gè)換能器的距離、入射角度推算出閉合裂紋在鋁塊中的位置。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種斜入射非線性超聲檢測(cè)定位裝置，包括信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、發(fā)射換能器、 第一楔塊、第二楔塊、接收換能器、示波器、三維精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，其特征在于:信號(hào)發(fā)生器通過(guò)功率放大器與發(fā)射換能器連接，發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波通過(guò)第一楔 塊傳遞到被測(cè)金屬塊，并在金屬塊中與裂紋相互作用形成帶有特征信號(hào)的檢測(cè)信號(hào)，接收 換能器通過(guò)第二楔塊接受該檢測(cè)信號(hào)，并將該檢測(cè)信號(hào)傳遞至示波器進(jìn)行顯示和儲(chǔ)存；所述發(fā)射換能器和接收換能器相隔一定距離分別安裝在傳感器夾具上，傳感器夾具設(shè) 置在三維精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中，使得傳感器夾具能在三維方向上運(yùn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種斜入射非線性超聲檢測(cè)定位裝置，其特征在于:所述的傳 感器夾具包括第一螺栓、轉(zhuǎn)動(dòng)頭、第二螺栓和直杠，第一螺栓用于固定換能器，第二螺栓用 于調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)頭的角度，從而間接調(diào)整換能器的角度，轉(zhuǎn)動(dòng)頭設(shè)置在直杠的下端，直杠的上端 與分度頭連接。
【文檔編號(hào)】G01N29/265GK205581057SQ201620386050
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年5月3日
【發(fā)明人】方漂漂, 鄭慧峰, 王月兵, 曹永剛, 郭世旭, 趙鵬, 曹文旭, 張虹
【申請(qǐng)人】中國(guó)計(jì)量大學(xué)