一種斜入射非線性超聲檢測定位裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種斜入射非線性超聲檢測定位裝置。本實用新型包括信號發(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、三維精密運動控制系統(tǒng)，信號發(fā)生器通過功率放大器與發(fā)射換能器連接，發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波通過第一楔塊傳遞到被測金屬塊，并在金屬塊中與裂紋相互作用形成帶有特征信號的檢測信號，接收換能器通過第二楔塊接受該檢測信號，并將該檢測信號傳遞至示波器進行顯示和儲存。本實用新型用楔塊連接金屬塊與換能器，通過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口正對檢測聲波傳播方向的情況，提高裂紋檢出概率。
【專利說明】
一種斜入射非線性超聲檢測定位裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及一種斜入射非線性超聲檢測定位裝置。【背景技術(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擴展的，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確檢測金屬材料早期塑性變形和疲勞裂紋的技術(shù)，超聲無損檢測技術(shù)與其它無損檢測技術(shù)相比，具有缺陷定位準確、檢測靈敏度高、對人體無害等諸多優(yōu)點。但傳統(tǒng)線性超聲檢測技術(shù)由于原理上的局限性只能停留在定性分析階段，無法實現(xiàn)對微裂紋的定量評價和精確定位。近年來，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，會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。通過對高次諧波的觀察研究，就可以對被檢材料的內(nèi)部進行有效的早期疲勞損傷無損檢測和評估。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種斜入射非線性超聲檢測定位裝置。
[0004]本實用新型解決技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為:
[0005]本實用新型包括信號發(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、三維精密運動控制系統(tǒng)，信號發(fā)生器通過功率放大器與發(fā)射換能器連接， 發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波通過第一楔塊傳遞到被測金屬塊，并在金屬塊中與裂紋相互作用形成帶有特征信號的檢測信號，接收換能器通過第二楔塊接受該檢測信號，并將該檢測信號傳遞至示波器進行顯示和儲存。
[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)置在三維精密運動控制系統(tǒng)中，使得傳感器夾具能在三維方向上運動。
[0007]進一步說，所述的傳感器夾具包括第一螺栓、轉(zhuǎn)動頭、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)動頭的角度，從而間接調(diào)整換能器的角度，轉(zhuǎn)動頭設(shè)置在直杠的下端，直杠的上端與分度頭連接。
[0008]本實用新型的有益效果:用楔塊連接金屬塊與換能器，通過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口正對檢測聲波傳播方向的情況，提高裂紋檢出概率，同時發(fā)射和接收換能器在金屬塊的同一側(cè)檢測時更加方便?！靖綀D說明】
[0009]圖1為檢測原理圖。
[0010]圖2為檢測裝置示意圖。
[0011]圖3為傳感器夾具示意圖?！揪唧w實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0013]結(jié)合附圖對本實用新型進一步說明。
[0014]如圖1和圖2所示，本實用新型提出了一種斜入射非線性超聲檢測定位裝置。通過改變超聲換能器的位置和角度可以避開聲波傳播方向正對裂紋開口的情況，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、三維精密運動控制系統(tǒng)9。[〇〇15]信號發(fā)生器通過功率放大器與發(fā)射換能器連接，發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波通過第一楔塊傳遞到被測金屬塊，并在金屬塊中與裂紋相互作用形成帶有特征信號的檢測信號， 接收換能器通過第二楔塊接受該檢測信號，并將該檢測信號傳遞至示波器進行顯示和儲存。
[0016]本實施例中的三維精密運動控制系統(tǒng)主要由工作臺10、運動電機11、絲桿12、導(dǎo)軌 13組成。工作臺10中央放置有被測金屬塊5，運動電機11帶動絲桿12轉(zhuǎn)動，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)動頭的角度，從而間接調(diào)整換能器的角度，轉(zhuǎn)動頭設(shè)置在直杠的下端，直杠的上端與分度頭14連接。
[0017]本實用新型的基本原理:斜入射的超聲波帶動金屬塊內(nèi)的閉合裂紋周期性張開和閉合，使得聲波發(fā)生畸變產(chǎn)生高次諧波。但因為超聲波在它的傳播方向上能量最強，所以只有當閉合裂紋位于聲波傳播路徑中時，超聲波與裂紋的相互作用最大會產(chǎn)生最明顯的高次諧波。同時與裂紋相互作用帶有高次諧波的檢測信號大部分會被裂紋面反射，因此當接收換能器位于反射聲波傳播方向時接收到的檢測信號性噪比最高，高次諧波幅值也最大。此時通過計算兩個換能器的距離、角度便能推算出閉合裂紋在金屬塊中的位置。[〇〇18]本實用新型的使用過程:由信號發(fā)生器產(chǎn)生一列高頻率的正弦波，經(jīng)過功率放大器放大后激勵發(fā)射換能器產(chǎn)生大振幅超聲波，超聲波通過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信號并通過示波器顯示和儲存。通過三維精密運動控制系統(tǒng)使得發(fā)射換能器在金屬塊表面緩慢移動直到接收換能器接收到的檢測信號中高次諧波幅值最大。然后再由三維精密運動控制系統(tǒng)讓接收換能器在金屬塊表面緩慢移動直到尋找到檢測信號中高次諧波幅值最大的位置。此時根據(jù)兩個換能器的距離、入射角度推算出閉合裂紋在鋁塊中的位置。
[0019] 實施例:以長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對象，按照圖1、圖2搭建檢測系統(tǒng)。系統(tǒng)包括信號發(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、三維精密運動控制系統(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。由信號發(fā)生器產(chǎn)生1.4MHz頻率、5V電壓的正弦波，通過功率放大器放大20dB后激勵換能器產(chǎn)生大振幅超聲波。再由另一個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信號，并用示波器儲存和顯示。用三維精密控制系統(tǒng)移動發(fā)射換能器使檢測信號中的高次諧波幅值最大，然后再移動接收換能器尋找檢測信號中高次諧波最大的位置。根據(jù)兩個換能器的距離、入射角度推算出閉合裂紋在鋁塊中的位置。
【主權(quán)項】
1.一種斜入射非線性超聲檢測定位裝置，包括信號發(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、三維精密運動控制系統(tǒng)，其特征在于:信號發(fā)生器通過功率放大器與發(fā)射換能器連接，發(fā)射換能器發(fā)出的超聲波通過第一楔 塊傳遞到被測金屬塊，并在金屬塊中與裂紋相互作用形成帶有特征信號的檢測信號，接收 換能器通過第二楔塊接受該檢測信號，并將該檢測信號傳遞至示波器進行顯示和儲存；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) 置在三維精密運動控制系統(tǒng)中，使得傳感器夾具能在三維方向上運動。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)動頭的角度，從而間接調(diào)整換能器的角度，轉(zhuǎn)動頭設(shè)置在直杠的下端，直杠的上端 與分度頭連接。
【文檔編號】G01N29/265GK205581057SQ201620386050
【公開日】2016年9月14日
【申請日】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
【申請人】中國計量大學(xué)