CN104764803A - 基于超声波波长变化的材料应力检测技术 - Google Patents

基于超声波波长变化的材料应力检测技术 Download PDF

Info

Publication number
CN104764803A
CN104764803A CN201410820938.8A CN201410820938A CN104764803A CN 104764803 A CN104764803 A CN 104764803A CN 201410820938 A CN201410820938 A CN 201410820938A CN 104764803 A CN104764803 A CN 104764803A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stress
wavelength
probe
maximum amplitude
delta
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.)
Pending
Application number
CN201410820938.8A
Other languages
English (en)
Inventor
梁巍
吴舒娴
付柯楠
肖永良
贾薇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Electronic Science and Technology of China
Original Assignee
University of Electronic Science and Technology of China
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Electronic Science and Technology of China filed Critical University of Electronic Science and Technology of China
Priority to CN201410820938.8A priority Critical patent/CN104764803A/zh
Publication of CN104764803A publication Critical patent/CN104764803A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

本发明属于无损检测领域,涉及到基于超声波波长变化的材料应力检测技术。本发明原理是超声波声弹性原理:在材料中的传播速度c会在一定程度上受材料中应力的影响,根据v=c/f,当频率f固定时,声速c与波长v成正比,通过检测经过相同路径到达同一个点时的相位,可得到波长的变化,从而得到声速的变化,最终可以得到应力的变化量。该方法与传统超声波测量应力方法相比,具有测量实时性高、适于在线检测、应力的瞬态检测,动态误差小,测量精度高的优点。

Description

基于超声波波长变化的材料应力检测技术
技术领域
[0001] 本发明属于无损检测领域,涉及到基于超声波波长变化的材料应力检测技术。
背景技术
[0002] 超声检测是国内外应用最广、使用频率最高且发展较快的一种无损检测技术,已 经成为材料和结构无损检测与评价的最常用手段之一。它是一种无损检测方法,不会对构 件造成损伤,并且不会对外界环境造成污染。超声波穿透能力强,能同时测量构件表面残余 应力和内部应力。采用超声波传感器进行超声波的发射和接收,对构件表面质量要求低,可 实现非接触测量。超声波受环境影响较小,检测速度快,可靠性好。
[0003] 传统超声波应力检测方法中是采用时间差法来表征传播速度与应力间的关系,然 而传播速度通常非常大,导致相同距离时不同应力作用下传播声时差距很微弱,需要采用 较高的采样率,而h=ct,当h固定时,通常通过检测时间t的变化量At来测量C,但是C 的速度较大,t变化较小,采样率较高,因为h/AtOCC,因此常规方法动态误差大。
发明内容
[0004] 为解决上述问题,本发明提出了基于超声波波长变化的材料应力检测技术,可以 减小动态误差,因为固定频率时,速度C与波长X成正比,应力发生变化,波长V随之发生 变化,通过与参考信号的比较可计算出波长V的变化量,进而可求出超声波速度C的变化 量,最终求出应力的变化量。
[0005] 本发明采用的技术方案是:采用超声波探头1作为超声波激励探头,超声波探头2 作为超声信号接收探头。用固定频率为f•的功率信号连续激励探头1。当被测材料未加载 应力时,取探头1与探头2之间的直线距离为单个波长,即h=Vtl=c ,Vtl为未加载应力 时的波长,Ctl为未加载应力时的声速;定义探头1激励信号的一个最大幅值点与探头2接 收信号的最大幅值点的最小相位差为参考相位(如图2)。保持距离h和频率f不变, 对被测材料加载应力,记此时超声波的波长为V1,声速为C1,同样定义激励信号的一个最大 幅值点与接收信号的一个最大幅值点的最小相位差O1为计算相位(如图3);将计算相位
Figure CN104764803AD00031
与A〇成正比例关系(如公式1),由此可以计算出应力变化量;同时,距离h越大,的 灵敏度越高,使得我们的检测精度越高,误差越小。
[0006] 本方法包括以下几个步骤:
[0007] 1.选用固定频率为f的功率信号连续激励探头1,选用专用的耦合剂将探头1和 探头2垂直放置在被测材料上;
[0008] 2.被测材料未加载应力时,取探头1与探头2之间的直线距离为单个波长,h=V。 =CcZf,Vtl为未加载应力时的波长,CC1为未加载应力时的声速;定义探头1激励信号的一个 最大幅值点与探头2接收信号的最大幅值点的最小相位差Otl为参考相位(图2);
[0009] 3.保持距离h和频率f不变,对被测材料加载应力时,此时超声波的波长为V1,同 样定义激励信号的一个最大幅值点与接收信号的一个最大幅值点的最小相位差O1为计算 相位(图3);
Figure CN104764803AD00041
表示媒介的二阶弹性系数,1和m则表示媒介的三阶弹性系数。
[0013] 本方案与传统超声波测应力方法比较,具有以下优点:
[0014] (1)测量实时性高,适于在线检测,能够实现应力的瞬态检测;
[0015] (2)采样率不需要太高,对数据采集卡要求不高,节省成本;
[0016] (3)动态误差小,测量精度高。
附图说明
[0017] 图1检测系统结构示意图;
[0018] 图2无应力时发射信号与接收信号相位差示意图;
[0019] 图3加载应力时发射信号与接收信号相位差示意图;
[0020]图4被测材料无应力时发射信号与接收信号;
[0021] 图5加载应力时发射信号与接收信号。
具体实施方式
[0022] 下面对本发明的实施例作详细说明:本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施,给出了详细的实施方式和具体操作过程,但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0023] 1 •取样
[0024] 在待测材料上延材料长度方向取一个长200-300mm,宽30mm,厚I. 28mm的试样。
[0025] 2•连接设备
[0026] 将任意波形函数发生器的输出接口和同步输出接口分别与多通道数字示波器的 输入通道1和超声波探头1通过同轴电缆相连接;超声波探头2通过同轴电缆与前置放大 器相连,经过前置放大器连接到多通道数字示波器的输入通道2 ;
[0027] 3.测量
[0028] 1)打开任意波形函数发生器和多通道数字示波器,选择频率f= 90kHz、周期T= 11.Iys的功率信号连续激发超声波探头1,选用专用的耦合剂将探头1和探头2垂直放置 在被测材料上。
[0029] 2)被测材料未加载应力时,声表面波的速度为Ctl= 3800m/s,取探头1与
Figure CN104764803AD00051
[0030] 3)保持距离h和频率f不变,对被测材料加载应力时,此时超声波的波长为Vl, 选择激励信号的一个最大幅值点与接收信号的一个最大幅值点的最小相位差为计算相位
Figure CN104764803AD00052
阶弹性系数人=11.IX101QN/m2和y= 8. 21X10 1QN/m2,三阶弹性系数I= -46.IXIOiqN/m2和m= -63. 6X10 10NAi2o

Claims (2)

1. 一种基于超声波波长变化的材料应力检测技术,其特征在于:包括以下步骤: (1)选用固定频率为f的功率信号连续激励超声波探头1,超声波探头1和超声波探头 2垂直放置在被测材料上; ⑵被测材料未加载应力时,取探头1与探头2之间的直线距离为单个波长,即h = V。 =CcZf ,Vtl为未加载应力时的波长,C C1为未加载应力时的声速;定义探头1激励信号的一个 最大幅值点与探头2接收信号的最大幅值点的最小相位差O tl为参考相位;
Figure CN104764803AC00021
(3) 保持距离h和频率f不变,对被测材料加载应力,记此时超声波的波长为V1,声速为 C1;同样定义激励信号的一个最大幅值点与接收信号的一个最大幅值点的最小相位差Φ i 为计算相位; (4) 将计算相位O1与参考相位Φ ^作差,得到 可以将其变 形为
Figure CN104764803AC00022
V = VfV。)。由于V = c/f
Figure CN104764803AC00023
,频率f固定, Λ V与Λ C成正比,而Ac与Λ 〇成正比例关系(如公式1),由此可以计算出应力改变 量。
2. 如权利要求1所述的基于超声波波长变化的材料应力检测技术,其特征在于:权利 要求(2)中所述的参考相位为不施加应力时的发射信号与接收信号最大幅值点间的最小 相位差,计算相位为施加不同应力时的发射信号与接收信号最大幅值点间的最小相位差; 以参考相位与计算相位之间的相位差表征应力引起超声信号在被测材料中传播速度的改 变量。
CN201410820938.8A 2014-12-25 2014-12-25 基于超声波波长变化的材料应力检测技术 Pending CN104764803A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410820938.8A CN104764803A (zh) 2014-12-25 2014-12-25 基于超声波波长变化的材料应力检测技术

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410820938.8A CN104764803A (zh) 2014-12-25 2014-12-25 基于超声波波长变化的材料应力检测技术

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN104764803A true CN104764803A (zh) 2015-07-08

Family

ID=53646765

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410820938.8A Pending CN104764803A (zh) 2014-12-25 2014-12-25 基于超声波波长变化的材料应力检测技术

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104764803A (zh)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105865675A (zh) * 2016-03-31 2016-08-17 西南交通大学 一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法
CN106092003A (zh) * 2016-08-09 2016-11-09 浙江大学 多层聚合物管状制品层厚无损测量方法
CN106290453A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 电子科技大学 一种材料凝固的检测方法
CN106908180B (zh) * 2017-02-27 2018-04-24 中国石油大学(华东) 油气管道在线应力超声测量装置
CN109596252A (zh) * 2018-12-27 2019-04-09 哈尔滨工业大学(深圳) 基于横波相位谱的钢构件内部轴向应力检测方法
CN109716083A (zh) * 2016-09-21 2019-05-03 ams国际有限公司 集成温度传感器、用于生产集成温度传感器的方法和用于借助集成温度传感器确定温度的方法
CN109764986A (zh) * 2019-01-08 2019-05-17 哈尔滨工业大学(深圳) 一种基于超声横波相位谱的钢构件平面应力检测方法
US11209322B2 (en) 2016-09-21 2021-12-28 Ams International Ag Integrated temperature sensor, method for producing an integrated temperature sensor and method for determining a temperature by means of an integrated temperature sensor

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004077460A (ja) * 2002-06-17 2004-03-11 Nippon Steel Corp 残留応力分布測定装置及び残留応力分布測定方法
CN102297898A (zh) * 2011-05-17 2011-12-28 南京理工大学 金属三阶弹性常数的激光超声测定方法
CN102636303A (zh) * 2012-04-12 2012-08-15 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种基于表面超声波测定薄镀层残余应力的方法
CN104048785A (zh) * 2014-06-09 2014-09-17 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种超声无损评价铝合金锻件内部残余应力水平的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004077460A (ja) * 2002-06-17 2004-03-11 Nippon Steel Corp 残留応力分布測定装置及び残留応力分布測定方法
CN102297898A (zh) * 2011-05-17 2011-12-28 南京理工大学 金属三阶弹性常数的激光超声测定方法
CN102636303A (zh) * 2012-04-12 2012-08-15 中国人民解放军装甲兵工程学院 一种基于表面超声波测定薄镀层残余应力的方法
CN104048785A (zh) * 2014-06-09 2014-09-17 中国航空工业集团公司北京航空材料研究院 一种超声无损评价铝合金锻件内部残余应力水平的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
赵翠华: "残余应力超声波测量方法研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 *
钱振东等: "《路面结构动力学》", 30 November 2010, 东南大学出版社 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105865675A (zh) * 2016-03-31 2016-08-17 西南交通大学 一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法
CN105865675B (zh) * 2016-03-31 2018-06-01 西南交通大学 一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法
CN106092003A (zh) * 2016-08-09 2016-11-09 浙江大学 多层聚合物管状制品层厚无损测量方法
CN106092003B (zh) * 2016-08-09 2018-09-21 浙江大学 多层聚合物管状制品层厚无损测量方法
CN106290453A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 电子科技大学 一种材料凝固的检测方法
CN109716083A (zh) * 2016-09-21 2019-05-03 ams国际有限公司 集成温度传感器、用于生产集成温度传感器的方法和用于借助集成温度传感器确定温度的方法
US11209322B2 (en) 2016-09-21 2021-12-28 Ams International Ag Integrated temperature sensor, method for producing an integrated temperature sensor and method for determining a temperature by means of an integrated temperature sensor
CN106908180B (zh) * 2017-02-27 2018-04-24 中国石油大学(华东) 油气管道在线应力超声测量装置
CN109596252A (zh) * 2018-12-27 2019-04-09 哈尔滨工业大学(深圳) 基于横波相位谱的钢构件内部轴向应力检测方法
CN109596252B (zh) * 2018-12-27 2020-10-09 哈尔滨工业大学(深圳) 基于横波相位谱的钢构件内部轴向应力检测方法
CN109764986A (zh) * 2019-01-08 2019-05-17 哈尔滨工业大学(深圳) 一种基于超声横波相位谱的钢构件平面应力检测方法
CN109764986B (zh) * 2019-01-08 2020-11-27 哈尔滨工业大学(深圳) 一种基于超声横波相位谱的钢构件平面应力检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104764803A (zh) 基于超声波波长变化的材料应力检测技术
CN104142195B (zh) 基于超声波法的钢结构构件内部初始应力检测装置和方法
CN103148815B (zh) 基于声压反射系数自相关函数的薄层厚度超声检测方法
CN105806270B (zh) 一种材料表面微裂纹深度的检测方法
CN108663296B (zh) 一种基于双频超声的粉尘浓度检测系统及检测方法
CN106802202B (zh) 一种测量各向异性材料平面应力的方法
CN101169364B (zh) 对离散状态颗粒粒度分布测量的方法及其装置
CN109959477A (zh) 一种gis盆式绝缘子环氧试块内应力超声纵波检测方法及系统
CN108169330A (zh) 基于非线性超声谐波法的混凝土构件轴向应力无损检测的装置和方法
CN105954356A (zh) 一种基于有限幅度法的金属块闭合裂纹检测定位方法
Monnier et al. Primary calibration of acoustic emission sensors by the method of reciprocity, theoretical and experimental considerations
CN109764986A (zh) 一种基于超声横波相位谱的钢构件平面应力检测方法
CN102607479B (zh) 基于声压反射系数功率谱测量超声在薄层介质中往返时间的方法
CN101949894B (zh) 一种双频超声检测界面接触强度的方法
CN105044215A (zh) 一种非破坏性的材料声速现场测量方法
CN103822968B (zh) 面向结合面压强检测的压强-超声反射率曲线构建方法
CN103616436B (zh) 一种接触刚度的高精度超声检测方法
CN104749082A (zh) 孔隙含量超声多功能评价方法及装置
Draudvilienė et al. Validation of dispersion curve reconstruction techniques for the A0 and S0 modes of Lamb waves
CN105723214A (zh) 通过回波分析对部件进行无损超声检测的方法
Piriyakul A development of a bender element apparatus
CN109341912B (zh) 一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法
CN105509873A (zh) 一种不依赖背衬的声学覆盖层声阻抗测试方法
CN111307947A (zh) 基于频域特征谱映射的航天器非连续结构泄漏定位系统及方法
CN110208383A (zh) 一种基于反转路径差信号的板结构兰姆波无参考成像方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
C06 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
EXSB Decision made by sipo to initiate substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20150708

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication