CN114935547A - 管道硬度内检方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种管道硬度内检方法及系统，该方法包括：从被测管道上切割多段管道样品，并获取多段管道样品的标准硬度值；对管道样品表面进行一次激光辐照以使得管道样品的表面产生振动并激发产生表面波信号；对管道样品表面进行二次激光辐照并发射带有表面波信号的反射光；接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量表面波相速；对多段管道样品的标准硬度值和表面波相速值进行线性回归，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型；利用线性关系模型反向计算被测管道的实际硬度值。本发明通过激光超声辐照的方式来检测管道与表面波相速之间的关系，检测方法简单、快速精确，且不会对管道造成损坏。

Description

管道硬度内检方法及系统

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，尤其涉及一种管道硬度内检方法及系统。

背景技术

硬度是评定金属材料力学性能最常用的指标之一，硬度的实质是材料抵抗另一较硬材料压入的能力。对于被检测材料而言，硬度是代表着在一定压头和试验力作用下所反映出的弹性、塑性、强度、韧性及磨损抗力等多种物理量的综合性能。通过硬度试验可以反映金属材料在不同的化学成分、组织结构和热处理工艺条件下性能的差异，因此硬度试验广泛应用于金属性能的检验、监督热处理工艺质量和新材料的研制。

传统的金属硬度检测主要有两类试验方法。一类是静态试验方法，这类方法试验力的施加是缓慢而无冲击的，硬度的测定主要决定于压痕的深度、压痕投影面积或压痕凹印面积的大小。另一类试验方法是动态试验法，这类方法试验力的施加是动态的和冲击性的，主要用于大型的，不可移动工件的硬度检测。因此，传统的硬度测量方法由于其局限性，如需要较长时间的加载且在试件上留有较大压痕，已经不能胜任现代生产发展对硬度检测提出的快速、无损、在线的新要求。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种管道硬度内检方法及系统，旨在解决现有技术中的传统硬度测量方法会损坏试件表面且应用范围较窄的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种管道硬度内检方法，包括步骤：

从被测管道上切割多段管道样品，并获取多段所述管道样品的标准硬度值；

对所述管道样品表面进行一次激光辐照以使得所述管道样品的表面产生振动并激发产生表面波信号；

对所述管道样品表面进行二次激光辐照并发射带有所述表面波信号的反射光；

接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量所述表面波相速；

对多段所述管道样品的标准硬度值和所述表面波相速值进行线性回归，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型；

利用所述线性关系模型反向计算所述被测管道的实际硬度值。

在本发明的实施例中，所述对所述管道样品表面进行二次激光辐照并发射带有所述表面波信号的反射光的步骤包括：

通过激光干涉仪对发生振动的管道样品表面二次激光辐照并产生发射光；

将所述发射光与所述表面波信号发生干涉，以形成带有表面波信号的反射光。

在本发明的实施例中，所述接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量所述表面波相速的步骤包括：

通过激光干涉仪分别获取所述管道样品表面的横波相速和纵波相速；

根据所述横波相速和所述纵波相速计算声波相速；

利用所述声波相速计算所述表面波相速。

在本发明的实施例中，所述通过激光干涉仪分别获取所述管道样品表面的横波相速和纵波相速的步骤包括：

利用所述激光干涉仪发出激光并经过透镜聚焦在振动的所述管道样品表面，以使所述管道样品表面产生声波信号；

接收所述声波信号并转化为电信号；

放大所述电信号并提取特征信息，以在示波器上显示横波和纵波的波形；

分别分析所述横波和所述纵波的波形特性并计算所述横波相速和所述纵波相速。

在本发明的实施例中，所述声波相速能够通过如下关系方程获取：

(v_R/v_t)⁶-8(v_R/v_t)⁴+8[3-2(v_t/v_l)²]×(v_R/v_t)²-16[1-(v_t/v_l)]＝0

其中，V_R为声波相速，mm/μs；V_t纵波相速，mm/μs；V_l为横波相速， mm/μs。

在本发明的实施例中，所述表面波相速能够采用如下计算公式得到：

V_C≈V_R·[1+λ/(2πR)]

其中，V_C为表面波相速，mm/μs；V_R为声波相速，mm/μs；λ为表面波的波长，mm；R为表面波的曲率半径，mm。

在本发明的实施例中，所述接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量所述表面波相速的步骤之后还包括：

改变二次激光辐照的激光强度；

对同一所述管道样品进行不同激光强度的二次辐照以得到不同激光强度下的多个表面波相速值；

根据多个表面波相速值计算所述表面波相速的平均值。

在本发明的实施例中，所述对多段所述管道样品的标准硬度值和所述表面波相速值进行线性回归，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型的步骤包括：

以所述标准硬度值为横坐标，所述标准硬度值所对应的表面波相速的平均值为纵坐标，并在同一个坐标系下绘制多个散点；

对多个散点进行直线拟合，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型。

在本发明的实施例中，还提出一种管道硬度内检系统，采用如上所述的内检方法进行检测，所述管道硬度内检系统包括：

激光器，用于对所述管道样品的表面进行一次激光辐照；

激光干涉仪，用于对所述管道样品的表面进行二次激光辐照并接收带有表面波信号的反射光；和

信号处理模块，与所述激光器和所述激光干涉仪均电连接，所述信号处理模块用于处理所述表面波信号和提取声波信号的特征信息。

在本发明的实施例中，所述激光干涉仪包括激光发射部分、激光接收部分、透镜、放大器和示波器，所述激光发射部分用于发出二次激光并经过所述透镜聚焦在所述管道样品表面，所述放大器用于放大电信号并在所述示波器上显示横波和纵波的波形。

通过上述技术方案，本发明实施例所提供的管道硬度内检方法具有如下的有益效果：

在对被测管道的硬度进行检测时，首先，从被测管道上切割多段管道样品，并获取多段管道样品的标准硬度值；然后对管道样品表面进行一次激光辐照以使得管道样品的表面产生振动并激发产生表面波信号；在一次激光辐照后对管道样品表面进行二次激光辐照并发射带有表面波信号的反射光；通过接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量表面波相速，并对多段管道样品的标准硬度值和表面波相速值进行线性回归，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型；最后，利用线性关系模型反向计算被测管道的实际硬度值。本发明通过激光超声辐照的方式来检测管道与表面波相速之间的关系，只需要获取表面波相速值，即可通过线性关系模型计算得到被测管道的硬度值，该检测方法简单、快速精确，且不会对管道造成损坏，应用范围广泛。

本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明的理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明一实施例中管道硬度内检方法的流程示意图；

图2是根据本发明的管道硬度内检方法的激光超声的热弹激发机理示意图；

图3是根据本发明的管道硬度内检系统中激光干涉仪的作用原理示意图；

图4是根据本发明的管道硬度内检系统的作用原理结构示意图；

图5是根据本发明的管道硬度内检系统中激光干涉仪的结构示意图；

图6是根据本发明的表面波相速与硬度值之间的线性关系示意图。

附图标记说明

标号	名称	标号	名称
				1	激光器	14	放大器
11	激光接收部分	15	示波器
				12	激光发射部分	3	管道样品
13	透镜

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

下面参考附图描述根据本发明的管道硬度内检方法及系统。

如图1所示，在本发明的实施例中，提供一种管道硬度内检方法，包括步骤：

步骤S10：从被测管道上切割多段管道样品，并获取多段管道样品的标准硬度值；

步骤S20：对管道样品表面进行一次激光辐照以使得管道样品的表面产生振动并激发产生表面波信号；

步骤S30：对管道样品表面进行二次激光辐照并发射带有表面波信号的反射光；

步骤S40：接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量表面波相速；

步骤S50：对多段管道样品的标准硬度值和表面波相速值进行线性回归，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型；

步骤S60：利用线性关系模型反向计算被测管道的实际硬度值。

随着科学技术的发展，新兴的硬度检测方法有超声硬度测量法和激光超声硬度测量法。同传统测量方法相比，这两种测量方法迅速、测量精度较高、应用范围广。但是超声测量方法对试件的表面粗糙度要求较高，试件表面粗糙度要小于24微米，探头与被测零件之间的倾角要小于3°，不适用于管道的内检测；激光超声法几乎是一种完美的硬度在线检测方法，它可以测量任何材料，而且可以远距离测量，测量的速度很快，适合动试样的检测，特别是适合那些处在高温、高压、有毒、放射性等恶劣环境内的物体的硬度测量。

激光超声信号的检测方法主要有传感器检测和光学法检测。传感器检测法主要是采用PVDF压电薄膜直接与被测材料表面进行耦合接触，接收激光产生的超声信号。一般说来，这种检测方法具有较高的检测灵敏度。但这种接触式的检测超声信号方法，在使用时需要在传感器与被测材料之间添加耦合剂，一般对检测材料表面要求较高。常见的换能器一般有电磁、压电陶瓷换能器和电容换能器，这些换能器具有较宽的频带，可在被检测材料表面接收到超声信号。但对于一些复杂形状的材料来说，该检测方法无法使用且灵敏度低。

光学检测法是一种非接触、宽带的超声信号检测方法。该方法通过连续激光照射被检测表面，接收表面产生的反射光，从接收到的反射光的幅值等特征值的变化中得到超声信号。该检测方法又分为干涉检测与非干涉检测。干涉法检测主要是将接收的反射光与参考光束发生干涉，得到频移信号，从而检测出被测材料表面的振动位移。一般在检测系统中引入外差干涉检测仪，以提高检测信号的抗干扰能力。非干涉检测法是利用当被检测材料表面照射检测光束小于接收的超声信号波长时，表面反射的光束会受到表面超声波的振动而产生偏转，偏转大小直接与超声波信号的幅值及性质有关。该检测方法具有装置简单、频带宽等特点，是对一些抛光材料表面进行超声波检测的有效工具。

本发明通过对管道样品表面进行一次激光辐照，从而可以引起管道样品的表面产生微弱振动，从而携带一定的表面波超声信号；然后对管道样品表面进行二次激光辐照，二次激光辐照后的振动的管道样品表面会产生带有表面波信号的发射光；通过分析表面波的特征，能够利用光学干涉法获取表面波相速，最后根据表面波相速和管道样品的标准硬度值之间的关系建立线性关系模型，当测量管道的实际硬度值时，直接将测量得到表面波相速值代入到线性关系模型中，即可得到实际硬度值的结果。这种测量方式不会损坏管道的表面，且测量准确，建立的线性关系模型应用范围广。其中，一次激光辐照和二次激光辐照的激光的功率都比较低，不会损坏管道表面，并且由于二次激光辐照时，管道样品表面已经具有微弱振动且具有表面波信号，因此，二次激光辐照的激光功率小于一次激光辐照的激光功率。

如图3所示，为激光干涉仪的激光接收部分和激光发射部分的发射原理图，其中，α₁和α₂分别为激光发射部分的激光入射角和发射角。具体地，对管道样品表面进行二次激光辐照并发射带有表面波信号的反射光的步骤包括：

通过激光干涉仪对发生振动的管道样品表面二次激光辐照并产生发射光；

将发射光与表面波信号发生干涉，以形成带有表面波信号的反射光。

在本发明的实施例中，接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量表面波相速的步骤包括：

通过激光干涉仪分别获取管道样品表面的横波相速和纵波相速；

根据横波相速和纵波相速计算声波相速；

利用声波相速计算表面波相速。

在本发明的实施例中，通过激光干涉仪分别获取管道样品表面的横波相速和纵波相速的步骤包括：

利用激光干涉仪发出激光并经过透镜聚焦在振动的管道样品表面，以使管道样品表面产生声波信号；

接收声波信号并转化为电信号；

放大电信号并提取特征信息，以在示波器上显示横波和纵波的波形；

分别分析横波和纵波的波形特性并计算横波相速和纵波相速。

如图5所示，激光干涉仪在对管道样品表面进行二次激光辐照以测试横波相速和纵波相速时，首先激光干涉仪的激光发射部分发出激光，由于激光激光部分发出的激光是平行激光射线，为了更好的对管道样品表面激发以产生发射光，此时在激光发射部分和管道样品之间的光路上设置透镜，经过透镜后，发射光线通过光斑的形式聚焦在管道样品上；由于此时管道样品处于微弱振动的状态，在受到激光的二次辐照后，会产生横波、纵波和带有表面波的发射光；测试时，信号处理模块将横波和纵波的光信号转化为电信号，横波和纵波均由放大器放大后，信号处理模块滤除横波和纵波中的其他掺杂信息，以提取横波和纵波的特征信息，并在示波器上显示横波和纵波的波形；通过分析横波和纵波的波形特性，如波长、波峰、周期等，能够计算得到横波相速和纵波相速。

其中，声波相速能够通过如下关系方程获取：

(v_R/v_t)⁶-8(v_R/v_t)⁴+8[3-2(v_t/v_l)²]×(v_R/v_t)²-16[1-(v_t/v_l)]＝0

其中，V_R为声波相速，mm/μs；V_t纵波相速，mm/μs；V_l为横波相速，mm/μs。

激光超声发射部分会激励管道表面产生超声波，瑞利(Ray lei纳)已于1887年首先研究和证实了表面波的存在。表面波是沿固体表面传播的具有纵波和横波双重性的波，其振动质点的轨迹为一椭圆，质点位移的长轴垂直于传播方向，质点位移的短轴平行于传播方向。表面波在半无限大固体表面传播的波动方程为：

由边界限制条件，其解为：

ζ(x,z,t)＝Ae^-mz·e^j(wt-kx)

其中，

为实数，则：

C_R≈(0.87+1.12)/(1-σ)·{(E/ρ)×[2(1+σ)^-1]}^1/2≈0.9(G/ρ)^1/2

式中σ—泊松比，E—弹性模量，ρ—密度，kg/m³，G—钢性模量，ω—角频率，C_R—表面波波速，m/s，Z—表面波贯穿深度，m，x—沿固体表面传播的距离，m。

当Z＝λ时，AZ^-mz接近零值.因此，表面波随深度增加很快衰减，离表面一个波长以上的地方，质点振动振幅很微弱。表面声波贯穿的有限深度使它具有用作探测材料表面机械性能探头的潜力。表面波也可在圆柱形或球形表面上传播，曲率对表面波相速的一般影响是当曲率半径减小时相速增加。

由Viktorov公式得:当R>20λ时，表面波相速能够采用如下计算公式得到：

V_C≈V_R·[1+λ/(2πR)]

其中，V_C为表面波相速，mm/μs；V_R为声波相速，mm/μs；λ为表面波的波长，mm；R为表面波的曲率半径，mm。

为了提高表面波相速的测量准确性，接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量表面波相速的步骤之后还包括：

改变二次激光辐照的激光强度；

对同一管道样品进行不同激光强度的二次辐照以得到不同激光强度下的多个表面波相速值；

根据多个表面波相速值计算表面波相速的平均值。

随着激光强度不同，激发的材料振动频率不同，引起的表面波相速不同。同一材料在不同频率下分别可以得到一系列表面波相速，表面波相速的平均速度就是这一系列表面波相速的平均值。通过改变二次激光辐照的激光强度，对同一个管道样品采用不同的激光强度进行多次激光辐照，这样可以得到不同激光强度辐照下的多个表面波相速值，通过对多个表面波相速值求平均，利用表面波相速的平均值来获取评价硬度值，能够提高管道样品检测的精确度，提高检测误差和数据误差。

在本发明的实施例中，对多段管道样品的标准硬度值和表面波相速值进行线性回归，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型的步骤包括：

以标准硬度值为横坐标，标准硬度值所对应的表面波相速的平均值为纵坐标，并在同一个坐标系下绘制多个散点；

对多个散点进行直线拟合，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型。

在具体的实验过程中，为确定硬度和表面波速度之间的关系，从45mm 直径的滚轴上切下10个样品，其中，滚轴由SAE1541H1钢制成，并硬化为 12mm的深度。通过回火，测得管道样品的表面标准硬度值范围为20Rc到 58Rc。25Rc的样品表面波平均相速要比58Rc的大1.46％。如表1所示的是钢滚轴表面硬度和表面波相速的测试数据。图6在坐标轴上画出了各数据点，并用直线拟合获得的数据点，其中：

α＝-1.35×10^-3mm/μs,β＝3.02mm/μs

线性相关系数γ＝0.96，即拟合结果为：

RC＝-1.35×10^-3v_c+3.02

式中RC—硬度，Rc；v_c—表面波相速，mm/μs

这个结果说明了独立测得的硬度和表面波相速的线性关系，表面波相速随硬度的增加而降低。

表1硬度和表面波相速测试数据

硬度Rc	表面波相速mm/us
		21.095	2.991
32.676	2.985
		35.884	2.979
36.510	2.974
		46.839	2.967
37.371	2.967
		47.074	2.955
57.872	2.946
		64.523	2.938

相关技术应用：激光超声系统的高带宽，高空间分辨率使得SAW速度测量比传统用压电传感器测量精确度高，这项技术成功地应用到测量硬度值从20HRc到58HRc不同硬度的钢轴SAW速度分布，精度在0.1％左右。

如图4所示，还提出一种管道硬度内检系统，采用如上所述的内检方法进行检测，管道硬度内检系统包括：

激光器，用于对管道样品的表面进行一次激光辐照；

激光干涉仪，用于对管道样品的表面进行二次激光辐照并接收带有表面波信号的反射光；和

信号处理模块，与激光器和激光干涉仪通过同步线缆均电连接，信号处理模块用于处理表面波信号和提取声波信号的特征信息。

根据激光是否与被测工件接触产生超声信号的方法，可将激光超声检测技术分为直接式与间接式两大类。直接式主要采用激光与被测工件表面直接作用，一般这种方法主要通过热弹效应或熔蚀作用产生超声信号；间接式则通过与被测工件周围介质产生超声信号。直接式是激光束直接与被测材料表面直接作用产生超声信号，因此产生的超声信号不仅与激光束本身的时空特性有关，而且还与被测工件的材质及表面特性有关。

本发明的管道硬度内检系统采用的是基于热弹效应的直接式激光超声激励方法，激光照射材料表面，材料表面电子吸收光的能量，一部分电子产生反射光，一部分产生超声波。具体的作用原理如下：

激光束在管道材料中激发出超声信号主要是由于激光源与被测试件表面的相互作用，即：当激光光束照射到工件表面的强度不高，激光功率密度不足以使工件表面融化，激光的一部分能量被固体的浅表面吸收，另外一部分被表面反射。固体的浅表面由于吸收了激光的能量温度迅速上升，同时材料内部的晶格动能也增加，但还在弹性限度范围之内，由于热胀冷缩而产生热弹性膨胀，固体发生形变。由于入射的激光是脉冲的，所以热弹性膨胀也是周期性的，即产生了周期变化的脉冲超声波。这个相互作用主要是将激光源的电磁能转换成声能的过程。在热弹机制中，激光束直接照射到试件材料表面的某一区域，被照射区域中的电子吸收光子能量，从基态跃迁至高能态，处于高能态的电子通过辐射跃迁产生发光，其中无辐射跃迁及化学作用将导致超声信号的产生。在管道表面，当激光束的功率密度较低时，其值低于管道材料表面的损伤阈值，管道表面由于吸收激光束辐射能导致局部温度上升，但不足以使管道材料熔化，由于热膨胀而在其表面产生切向压力，可同时在管道表面产生横波、纵波及表面波信号。在这种热弹机制下，产生的超声波信号幅度随着激光束功率的增加而增加。由于激光束的功率较低，管道表面完全无损。在实际检测中，采用一些脉冲宽度较窄的激光束还可以提高超声信号的能量。热弹激发机理原理如图2所示。

本发明的激光超声激发模块为基于热弹效应的激光器，激光接收模块包括激光干涉仪，由于激光器激发的超声引起管道表面的微弱振动会改变反射光的相位和频率，从而携带一定的超声信息。随后，激光干涉仪将激光辐照到材料表面，所激发的高频超声在其表面产生折射，于是在声脉冲产生的同一表面，形成反向散射光(多谱勒效应)的调制，其后，再由干涉仪对光调制信号进行解调，便可以得到电信号，依靠这些信号，便可得到硬度值。

其中，激光干涉仪包括激光发射部分、激光接收部分、透镜、放大器和示波器，激光发射部分用于发出二次激光并经过透镜聚焦在管道样品表面，放大器用于放大电信号并在示波器上显示横波和纵波的波形。其中，激光发射部分为能够发射激光的激光器，激光接收部分为光电探测器。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种管道硬度内检方法，其特征在于，包括步骤：

从被测管道上切割多段管道样品，并获取多段所述管道样品的标准硬度值；

对所述管道样品表面进行一次激光辐照以使得所述管道样品的表面产生振动并激发产生表面波信号；

对所述管道样品表面进行二次激光辐照并发射带有所述表面波信号的反射光；

接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量所述表面波相速；

对多段所述管道样品的标准硬度值和所述表面波相速值进行线性回归，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型；

利用所述线性关系模型反向计算所述被测管道的实际硬度值。

2.根据权利要求1所述的管道硬度内检方法，其特征在于，所述对所述管道样品表面进行二次激光辐照并发射带有所述表面波信号的反射光的步骤包括：

通过激光干涉仪对发生振动的管道样品表面二次激光辐照并产生发射光；

将所述发射光与所述表面波信号发生干涉，以形成带有表面波信号的反射光。

3.根据权利要求1所述的管道硬度内检方法，其特征在于，所述接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量所述表面波相速的步骤包括：

通过激光干涉仪分别获取所述管道样品表面的横波相速和纵波相速；

根据所述横波相速和所述纵波相速计算声波相速；

利用所述声波相速计算所述表面波相速。

4.根据权利要求3所述的管道硬度内检方法，其特征在于，所述通过激光干涉仪分别获取所述管道样品表面的横波相速和纵波相速的步骤包括：

利用所述激光干涉仪发出激光并经过透镜聚焦在振动的所述管道样品表面，以使所述管道样品表面产生声波信号；

接收所述声波信号并转化为电信号；

放大所述电信号并提取特征信息，以在示波器上显示横波和纵波的波形；

分别分析所述横波和所述纵波的波形特性并计算所述横波相速和所述纵波相速。

5.根据权利要求3所述的管道硬度内检方法，其特征在于，所述声波相速能够通过如下关系方程获取：

(v_R/v_t)⁶-8(v_R/v_t)⁴+8[3-2(v_t/v_l)²]×(v_R/v_t)²-16[1-(v_t/v_l)]＝0

其中，V_R为声波相速，mm/μs；V_t纵波相速，mm/μs；V_l为横波相速，mm/μs。

6.根据权利要求5所述的管道硬度内检方法，其特征在于，所述表面波相速能够采用如下计算公式得到：

V_C≈V_R·[1+λ/(2πR)]

其中，V_C为表面波相速，mm/μs；V_R为声波相速，mm/μs；λ为表面波的波长，mm；R为表面波的曲率半径，mm。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的管道硬度内检方法，其特征在于，所述接收带有表面波信号的反射光并利用光学干涉检测法测量所述表面波相速的步骤之后还包括：

改变二次激光辐照的激光强度；

对同一所述管道样品进行不同激光强度的二次辐照以得到不同激光强度下的多个表面波相速值；

根据多个表面波相速值计算所述表面波相速的平均值。

8.根据权利要求1至6中任意一项所述的管道硬度内检方法，其特征在于，所述对多段所述管道样品的标准硬度值和所述表面波相速值进行线性回归，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型的步骤包括：

以所述标准硬度值为横坐标，所述标准硬度值所对应的表面波相速的平均值为纵坐标，并在同一个坐标系下绘制多个散点；

对多个散点进行直线拟合，以得到硬度值和表面波相速值之间的线性关系模型。

9.一种管道硬度内检系统，其特征在于，采用如权利要求1至8中任意一项所述的内检方法进行检测，所述管道硬度内检系统包括：

激光器，用于对所述管道样品的表面进行一次激光辐照；

激光干涉仪，用于对所述管道样品的表面进行二次激光辐照并接收带有表面波信号的反射光；和

信号处理模块，与所述激光器和所述激光干涉仪均电连接，所述信号处理模块用于处理所述表面波信号和提取声波信号的特征信息。

10.根据权利要求9所述的管道硬度内检系统，其特征在于，所述激光干涉仪包括激光发射部分、激光接收部分、透镜、放大器和示波器，所述激光发射部分用于发出二次激光并经过所述透镜聚焦在所述管道样品表面，所述放大器用于放大电信号并在所述示波器上显示横波和纵波的波形。

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