CN103954691B - 一种材料成分分数无损检测方法 - Google Patents
一种材料成分分数无损检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103954691B CN103954691B CN201410225751.3A CN201410225751A CN103954691B CN 103954691 B CN103954691 B CN 103954691B CN 201410225751 A CN201410225751 A CN 201410225751A CN 103954691 B CN103954691 B CN 103954691B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fraction
- sample
- energy
- detected
- acoustic emission
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 88
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 title abstract description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 34
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 42
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 23
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 18
- 239000013081 microcrystal Substances 0.000 claims description 18
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 claims description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 8
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 claims description 8
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 17
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 3
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 3
- 230000000254 damaging effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开一种材料成分分数无损检测方法，主要包括：一批成分分数待测材料，首先取一定数量成分分数已知的材料作为样本，以声发射信号在材料中的传输特性为基础，得出声发射信号在样本材料中传输的能量衰减系数，并以此样本为依据建立该批次材料某成分分数与能量衰减系数间的对应关系；然后再测出声发射信号在该批次待测材料中传输的能量衰减系数，并和已建立的成分分数与能量衰减系数关系进行比对，进而推测出该批次全部材料中某成分的分数。本发明能在不破坏材料完整性的情况下对材料成分分数做出较准确的评估，克服了传统检测方法需对待检测材料逐一破坏取样及工作量大等不足，是一种基于声发射技术的材料成分分数无损检测新方法。
Description
技术领域
本发明属于材料无损检测领域，是一种基于声发射技术的材料成分分数无损检测方法。
背景技术
声发射技术是一种新型的无损检测技术，目前在材料、电力、石油化工等行业已经得到较为广泛的应用，其具有对传输介质敏感性高和能够进行动态检测的特点。目前国内外已有一些研究者利用声发射技术研究信号在不同材料中的传输特性。相关的研究表明，声发射信号在不同材料中的传输特性存在差异，同时又有一定的规律可循。目前该研究方向主要集中于声发射信号在材料中的传输特性，而很少有利用其传输特性去反推材料成分分数方面的研究。
传统的材料成分分数检测方法，如光谱分析法或扫描电镜分析法等都需要对被检测材料进行逐一脆断及切片等处理，是以破坏被检测材料结构完整性为前提的材料成分检测方法。同时，当面对数量较大、配比不同的某些批次的待检测材料时，传统检测方法显得步骤繁琐、工作量大，检测的效率整体偏低。因此，如何寻找一种高效的材料成分分数无损检测方法是目前亟需解决的一个重要课题。
发明内容
本发明一种材料成分分数无损检测方法目的在于克服传统材料成分分数检测方法需对被检测材料逐一破坏取样，会对被检测对象造成破坏性损伤以及检测过程繁琐、工作量大等不足，提供一种基于声发射技术的材料成分分数无损检测新方法，以保证被检测材料结构完整性，提高检测效率及降低检测成本。
本发明一种材料成分分数无损检测方法包括以下步骤。
（a）首先选取一定数量成分分数已知的材料作为样本，利用声发射设备测量出声发射信号在每个样本材料中随着传输距离增加信号能量的衰减特性，并用能量相对衰减率描述能量的衰减特性。其中能量相对衰减率的计算公式为：SE m =20log（E m /E 1），E 1为传感器1所采到集信号的能量值，E m 为传感器m所采集到信号的能量值；m表示传感器的编号，以离断铅点最近的为传感器1，编号依次递增，m=1，2，3…，为正整数。
（b）分别获得每个样本材料声发射信号随着传输距离增加的能量相对衰减率曲线，并进行过原点直线拟合，得出每个样本材料对应的能量衰减系数，即拟合直线的斜率。
（c）建立材料某组成成分分数y n 和能量衰减系数k n 的关系曲线，并进行直线拟合，获得该批次被检测材料此成分的分数与其能量衰减系数间的对应关系，即y n =tk n +b，其中y n 表示该批次材料组成成分中需要测定的某成分分数， k n 为能量衰减系数，t为斜率、b为截距，t、b都为常数。
（d）测出该批次所有待检测材料的能量衰减系数k 1，k 2，k 3，…，k n ；由材料某组成成分分数与能量衰减系数间的关系式y n =tk n +b得出该批次全部被检测材料中某成分的分数y 1，y 2，y 3，…，y n 。
根据本发明，所述步骤（a）中的声发射装置及其配套设备，包括声发射传感器、前置放大器、信号传输设备及信号处理系统；实验中声发射信号均由标准断铅模拟产生。
根据本发明，所述步骤（a）中采集信号时，声发射传感器个数及传感器布置情况依据被检测材料的属性、尺寸和需检测的精度而定；例如，声发射信号在金属材料中传输衰减相对较慢，则传感器间距可以布置得大一些，而声发射信号在某些复合材料中传输衰减较快，则传感器间距应该粘贴得相对小些。
本发明一种材料成分分数无损检测方法，克服了传统检测方法需对所有被检测对象进行逐一破坏取样，会对被检测材料造成损伤的不足。本发明用于材料成分分数检测时，不会对被检测材料造成破坏，能够保持材料结构和功能的完整；同时，面对大批次的待检测材料，只需事先从中抽取数量合适的样本，建立材料中某种需测定成分的分数与能量衰减系数间的对应关系，根据此关系即可获得该批次所有待检测材料成分分数，能够大幅提高检测效率，是一种高效的材料成分分数无损检测方法。
附图说明
图1一种材料成分分数无损检测方法检测流程图。
图2声发射传感器粘贴示意图。
图3声发射信号在试件1~试件3（样本）中传输能量相对衰减率图。
图4微晶石墨质量分数与能量衰减系数对应关系图。
图5试件4能量相对衰减率图。
具体实施方式
本发明一种材料成分分数无损检测方法包括以下步骤。
面对某批次待检测材料，首先从中选取一定数量成分分数已知或是通过其他方法已检测出来的材料作为样本；利用声发射设备测量出信号在每个样本中随着传输距离增加的能量衰减特性，用能量相对衰减率描述；得到声发射信号随着传输距离增加的能量相对衰减率曲线，对曲线进行过原点直线拟合，得出每个样本的能量衰减系数，即拟合直线的斜率；获得样本材料中某种成分分数与能量衰减系数的关系曲线，用直线进行拟合，建立该批次被检测材料某成分的分数与能量衰减系数间的对应关系。用同样的测量方法得出该批次所有待检测材料中的能量衰减系数，将能量衰减系数带入已建立的对应关系中，推测出该批次材料中需要测定组成成分的分数。
以下结合具体实施例，对本发明一种材料成分分数无损检测方法作进一步说明：
本实施例中的待检测材料为一批由微晶石墨和聚乙烯醇按不同的质量比例混合，经搅匀加热后压制成的微晶石墨/聚乙烯醇复合材料；其中选取微晶石墨质量分数分别为30%、60%、80%的三种微晶石墨/聚乙烯醇复合材料作为样本，分别编号为试件1、试件2和试件3；同时选取试件4作为待检测材料，但在本实施例中为了便于将检测结果和真实值进行对比，以证明该一种材料成分分数无损检测方法的有效性，试件4中的微晶石墨的质量分数也是已知的，为70%。本实施例中声发射信号采集系统为美国PAC公司的PCI-2系统及配套设备。如图2所示为声发射传感器粘贴示意图，S1~S4代表传感器1~传感器4；传感器粘贴的间隔为40mm且断铅点距离第一个传感器的距离也为40mm，断铅点与所有传感器都在同一直线上。
（a）测量出声发射信号在试件1~试件3中的能量衰减特性，并通过公式：SE m =20log（E m /E 1）换算成能量相对衰减率，用能量相对衰减率去描述能量的衰减特性；E 1为离断铅点最近的S1所采集信号的能量值，E m 为传感器S m 所采集信号的能量值，m=1，2，3，4；表示传感器的编号。
（b）获得声发射信号随着传输距离增加的能量相对衰减率曲线，并进行过原点直线拟合，如图3所示，得出每个样本材料对应的能量衰减系数即拟合直线的斜率。从图3可知，试件1、试件2、试件3所对应的能量衰减系数分别为k 1=0.16，k 2=0.31，k 3=0.41。
（c）以能量衰减系数k n 为横坐标，以样本材料中微晶石墨的质量分数y n 为纵坐标，在平面坐标中得出相应的点，再对其进行直线拟合，便得到了该批次材料中微晶石墨质量分数与能量衰减系数间的对应关系，即：y n =2.1k n -0.02，k n 为能量衰减系数，y n 为微晶石墨的质量分数，如图4所示。由此便可在测得材料能量衰减系数的情况下推断出该批次其他所有材料中微晶石墨的质量分数。
（d）测出该批次中待检测材料（试件4）的能量衰减系数即拟合直线的斜率k 4=0.36，如图5所示；将其带入通过样本建立的微晶石墨质量分数与能量衰减系数的对应关系y n =2.1k n -0.02中，得试件4中微晶石墨的质量分数y 4=73.6%；该方法测得的微晶石墨质量分数73.6%与试件4真实值70%间的误差为3.6%。
通过本实施例可见，在一定的误差范围内，本发明一种材料成分无损检测方法能够推断出被检测材料中某种组成成分的分数。本发明不需对被检测对象逐一破坏取样，能在不破坏材料完整性的情况下，检测出材料中某种成分的分数，克服了传统检测方法会对材料造成破坏性损伤、步骤繁琐、工作量大等不足，是一种基于声发射技术的新的材料成分分数检测方法。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明使用范围的限制。
Claims (5)
1.一种微晶石墨/聚乙烯醇复合材料材料成分分数无损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（a）首先确定一定数量某待测成分分数已知的材料作为样本，利用声发射设备测量出信号在样本材料中传输随着传输距离增加的能量衰减特性；
（b）分别获得每个样本的能量相对衰减率曲线，并对其进行过原点直线拟合，得出每个样本的能量衰减系数，即拟合直线的斜率；
（c）以样本为基础，根据样本材料中某成分分数与能量衰减系数的关系，用直线进行拟合，获得该批次待检测材料某种成分分数与能量衰减系数间的对应关系；
（d）同样，利用声发射方法测出该批次所有待检测材料的能量衰减系数，并根据（c）中获得的材料成分分数与能量衰减系数间的对应关系，从而得出所有该批次待检测材料中某种需要检测成分的分数。
2.如权利要求1所述一种微晶石墨/聚乙烯醇复合材料材料成分分数无损检测方法，其特征在于，所述方法适合用于待测成分与其它成分通过物理结合方式构成的混合材料，且被检测批次材料数量较多的场合，与传统方法会对被检测材料造成损坏及步骤繁琐不同，该方法检测效率高且不需要对被检测材料逐一破坏取样，不会损坏材料。
3.如权利要求1所述一种微晶石墨/聚乙烯醇复合材料材料成分分数无损检测方法，其特征在于，所述选取样本的数量应依据该批次材料的总数量而定，样本越丰富得出的结果准确性越高，且所选样本材料成分分数必须为已知或是通过其他方法测出。
4.如权利要求1所述一种微晶石墨/聚乙烯醇复合材料材料成分分数无损检测方法，其特征在于，所述声发射设备中的传感器型号及个数需依据被检测材料的类别、所需检测精度等因素确定。
5.如权利要求1所述一种微晶石墨/聚乙烯醇复合材料材料成分分数无损检测方法，其特征在于，根据检测对象，按照一定间距布置传感器，以离信号源最近传感器1的能量值作为参考，用能量相对衰减率描述声发射信号在材料中的衰减特性，计算公式为：， E1为传感器1所采到集信号的能量值，Em为传感器m所采集到信号的能量值；其中m表示传感器的编号，以离断铅点最近的为传感器1，编号依次递增，m=1，2，3…，为正整数。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410225751.3A CN103954691B (zh) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | 一种材料成分分数无损检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410225751.3A CN103954691B (zh) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | 一种材料成分分数无损检测方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN103954691A CN103954691A (zh) | 2014-07-30 |
| CN103954691B true CN103954691B (zh) | 2017-02-15 |
Family
ID=51331992
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410225751.3A Active CN103954691B (zh) | 2014-05-27 | 2014-05-27 | 一种材料成分分数无损检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN103954691B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108426947B (zh) * | 2018-03-13 | 2020-10-16 | 中国工程物理研究院化工材料研究所 | 塑性粘结炸药压缩成型件退模形变过程的声发射监测方法 |
| CN108801877A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-11-13 | 长沙理工大学 | 一种基于双谱分析的复合材料孔隙率评估方法 |
| CN108562528A (zh) * | 2018-06-19 | 2018-09-21 | 长沙理工大学 | 一种基于声发射技术的复合材料孔隙率评估方法 |
| CN109917023A (zh) * | 2019-03-19 | 2019-06-21 | 长沙理工大学 | 一种基于声发射技术的镁合金lpso结构评估方法 |
| CN111536436B (zh) * | 2020-04-30 | 2021-09-14 | 中国核动力研究设计院 | 压力管道泄漏声发射信号传播衰减系数标定方法和系统 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3779070A (en) * | 1971-11-23 | 1973-12-18 | Autometrics Co | Particle size and percent solids monitor |
| US4324131A (en) * | 1980-04-09 | 1982-04-13 | Allan Rosencwaig | Liquid chromatography detector |
-
2014
- 2014-05-27 CN CN201410225751.3A patent/CN103954691B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3779070A (en) * | 1971-11-23 | 1973-12-18 | Autometrics Co | Particle size and percent solids monitor |
| US4324131A (en) * | 1980-04-09 | 1982-04-13 | Allan Rosencwaig | Liquid chromatography detector |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Acoustic Spectroscopy for Concentrated Polydisperse Colloids with High Density Contrast;Andrei S. Dukhin et. al.;《Langmuir》;19960515;第12卷;4987-4997 * |
| Acoustic Spectroscopy for Concentrated Polydisperse Colloids with Low Density Contrast;Andrei S. Dukhin et. al.;《Langmuir》;19961231;第12卷(第21期);P4998-5003 * |
| On multiple-particle effects in the acoustic characterization of colloidal dispersions;ETH Zurich et. al.;《J. Phys. D: Appl. Phys.》;19991231;第32卷;568-576 * |
| 复合材料声发射信号传播特性试验研究;于金涛等;《电机与控制学报》;20120831;第16卷(第8期);第107-112页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN103954691A (zh) | 2014-07-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103954691B (zh) | 一种材料成分分数无损检测方法 | |
| CN102230914B (zh) | 一种基于电磁谐振的金属材料的无损检测方法 | |
| CN101799436B (zh) | 基于相位检测的土壤水分、电导率测量仪及其测量方法 | |
| CN102182933A (zh) | 脉冲漏磁缺陷与应力的无损检测系统及无损检测方法 | |
| CN103163216A (zh) | 一种基于巨磁电阻传感器的金属导体缺陷识别及估计方法 | |
| CN203643399U (zh) | 一种脉冲涡流缺陷检测系统 | |
| CN107966430A (zh) | 一种用于快速检测肥料养分含量的方法 | |
| CN103940854A (zh) | 一种可同时检测果蔬中农药和重金属残留的快速检测仪 | |
| CN104849350B (zh) | 基于多特征的木材缺陷识别分类方法 | |
| CN202854070U (zh) | 一种煤质成分在线检测装置 | |
| CN104569121B (zh) | 检测溶液中铅离子浓度的方法 | |
| CN105651862B (zh) | 一种利用兰姆导波对复合材料进行损伤检测的装置和方法 | |
| CN108709901A (zh) | 一种用于全反射x光荧光光谱仪直接测量滤膜载大气颗粒的压环装置 | |
| Diakhate et al. | Probabilistic improvement of crack propagation monitoring by using acoustic emission | |
| CN102829732A (zh) | 一种用于辉光放电溅射深度测量的双激光器在线实时测量装置及方法 | |
| CN108562528A (zh) | 一种基于声发射技术的复合材料孔隙率评估方法 | |
| CN201993345U (zh) | 一种混凝土结构无损测试仪 | |
| CN104267094A (zh) | 铁磁性构件的脉冲漏磁响应信号分离方法 | |
| CN101984351A (zh) | 铁精粉磁性铁品位测定方法及其测定装置 | |
| CN107271557A (zh) | 一种基于超声扫描显微镜的钢洁净度评价方法 | |
| CN204128474U (zh) | 一种测量混凝土表面剥落程度的装置 | |
| CN203216901U (zh) | 一种应力检测装置 | |
| CN206756751U (zh) | 一种基于弯曲元的岩土工程材料声衰减测量装置 | |
| CN205193039U (zh) | 多功能无损检测装置 | |
| CN205749357U (zh) | 一种电容法混凝土冻融试验试块冰含量测量仪 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220323 Address after: 410000 Floor 9, building A1, Hunan Inspection and testing characteristic industrial park, No. 336, bachelor street, Yuelu District, Changsha City, Hunan Province Patentee after: Hunan anzhuo special equipment Technology Co.,Ltd. Address before: 410114 No. two, 960 Wan Li Li South Road, Yuhua District, Changsha, Hunan Patentee before: CHANGSHA University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |
|
| TR01 | Transfer of patent right |