CN205844271U - 一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统 - Google Patents
一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN205844271U CN205844271U CN201620588375.9U CN201620588375U CN205844271U CN 205844271 U CN205844271 U CN 205844271U CN 201620588375 U CN201620588375 U CN 201620588375U CN 205844271 U CN205844271 U CN 205844271U
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transmitting transducer
- transducer
- crack
- sheet metal
- signal
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
Abstract
一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统，涉及金属薄板无损检测领域。解决现有超声检测系统对薄板介质中微小裂纹检测识别能力不高，同时避免了超声波声束在板材中传播时的复杂特性所带来的应用局限性，简化了超声波在薄板介质中的非线性特征参数提取方法，利用差频非线性超声波调制频谱技术，实现薄板结构中的微裂纹精准识别。该检测系统包括：高频信号发生器、第一发射换能器、第二发射换能器、接收换能器、数字信号示波器、被测板材、计算机、五根数据传输线。本实用新型适用于对金属薄板微裂纹检测。
Description
技术领域
本实用新型属于金属薄板无损检测领域，具体涉及一种基于差频非线性超声波检测金属薄板微裂纹的测试系统。
背景技术
金属薄板是经过多道轧制工序和大变形量而形成的，因而铸锭内部的缺陷（如气孔和夹杂等）变形为与母材紧密结合的线状和层状裂纹，这使得金属薄板在使用过程中如飞机蒙皮等，由于工作环境的复杂性，常使一些薄板类部件出现疲劳裂纹，将对于飞机的安全服役造成极大威胁。因此，研究金属薄板的微裂纹检测系统，特别是能对微小裂纹准确识别的测试系统更加备受关注。
现有超声无损检测系统，是在小振幅声波的假定下对非线性声波方程进行线性化的近似处理，主要采用了线性声学参量实现缺陷识别，这一理论的特点是简化了分析过程，但对于薄板中微裂纹探测，往往不能得到令人满意的结果，在一定程度上限定了超声检测的准确度和灵敏性。利用超声波非线性声学特征来识别裂纹尤其是对微小裂纹的识别能力优于线性声学检测系统（波速和波的衰减的测量）。
发明内容
本实用新型为了解决现有超声检测系统对薄板介质中微小裂纹检测识别能力不高，同时避免了超声波声束在板材中传播时的复杂特性所带来的应用局限性，简化了超声波在薄板介质中的非线性特征参数提取方法，利用差频非线性超声波调制频谱技术，实现薄板结构中的微裂纹精准识别。
一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统包括高频信号发生器、第一发射换能器、第二发射换能器、接收换能器、数字信号示波器、被测板材、计算机、五根数据传输线。所述的高频信号发生器的信号输出端通过数据传输线分别与第一发射换能器和第二发射换能器电气连接，第一发射换能器和第二发射换能器通过耦合液与被测板材无间隙垂直耦合，接收换能器通过数据传输线与数字信号示波器输入端电气连接，数字信号示波器可以实时接收并存储接收换能器采集的信号，数字信号示波器的信号输出端通过数据传输线与计算机的信号输入端电气连接。
优选的：所述的第一发射换能器、第二发射换能器和接收换能器均为同型号同材质的压电晶体，谐振频率均为1MHz，并且第一发射换能器和第二发射换能器通过耦合液与被测板材无间隙垂直耦合。
优选的：所述的高频信号发生器1输出通道为四个独立通道，可以同时选择不同频率的发射信号，本发明仅用输出通道其中的第一输出通道和第二输出通道。
优选的：所述的高频信号发生器1所产生的两列超声波脉冲波的中心频率分别为180kHz和280kHz，并且同时分别加载到第一发射换能器2和第二发射换能器3上。
一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统识别裂纹过程包括以下步骤：
步骤一、高频信号发生器的第一输出通道信号频率设为180kHz，第二输出通道信号频率设为280kHz，同时将180kHz信号加载到第一发射换能器、280kHz信号加载第二发射换能器上，作为第一发射换能器和第二发射换能器的激励信号，激励信号波形均设为正弦脉冲猝发波；
步骤二、接收换能器接收信号：由接收换能器接收步骤一在被测板材中的传播信号，并由数字信号示波器进行存储显示后传输给计算机；
步骤三、获取非线性声学特征参数：通过计算机对接收到的信号进行时频域联合分析，找出与微裂纹相关的非线性声学特征参数，对微裂纹进行识别。
有益效果：利用不同频率的两列超声波同时激励薄板结构件，不同频率的超声波信号在薄壁结构件传输过程中相互作用，引起波形信号的畸变，使得超声波非线性声学特征得到增强，采用时频联合分析的方法可知，在时域上表现为波形相互叠加，在频域上表现为调制现象即滋生新的频率成分，产生差频频率（两列激励声波频率之差）与和频频率（两频率之和），这种畸变源自于晶体缺陷、微观结构的变化（微裂纹），出现了调制频谱即可认定薄板结构中缺陷的存在，而当被测薄板结构件中在没有缺陷或损伤的区域，两列声波传播过程中的主要受原子间非线性畸变影响，产生调制频率的能量幅度较低，可以忽略，而有裂纹的薄板结构件中非线性声学特征更易被测量。利用差频非线性超声波信号声学特征来识别裂纹尤其是对微小裂纹的识别将大大优于线性声学方法，而且避免非线性声学波动方程的复杂分析，简化了超声非线性声学特征参数提取方法。
附图说明
图1为具体实施方式一所述的一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，本具体实施方式所述的一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统包括高频信号发生器1、第一发射换能器2、第二发射换能器3、接收换能器4、数字信号示波器5、被测板材6、计算机7、五根数据传输线。所述的高频信号发生器1的信号输出端通过数据传输线分别与第一发射换能器2和第二发射换能器3电气连接，第一发射换能器2和第二发射换能器3通过耦合液与被测板材6无间隙垂直耦合，接收换能器4通过数据传输线与数字信号示波器5输入端电气连接，数字信号示波器5可以实时接收并存储接收换能器4采集的信号，数字信号示波器5的信号输出端通过数据传输线与计算机7的信号输入端电气连接。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统的区别在于，所述的第一发射换能器2、第二发射换能器3和接收换能器4均为同型号同材质的压电晶体，谐振频率均为1MHz，并且第一发射换能器2和第二发射换能器3通过耦合液与被测板材6无间隙垂直耦合。
具体实施方式三、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统的区别在于，所述的高频信号发生器1输出通道为四个独立通道，可以同时选择不同频率的发射信号，本发明仅用输出通道其中的第一输出通道和第二输出通道。
具体实施方式四、本具体实施方式与具体实施方式一所述的一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统的区别在于，所述的高频信号发生器1所产生的两列超声波脉冲波的中心频率分别为180kHz和280kHz，并且同时分别加载到第一发射换能器2和第二发射换能器3上。
本实施方式中，利用不同频率的两列超声波同时激励薄板结构件，不同频率的超声波信号在薄壁结构件传输过程中相互作用，引起波形信号的畸变，使得超声波非线性声学特征得到增强，采用时频联合分析的方法可知，在时域上表现为波形相互叠加，在频域上表现为调制现象即滋生新的频率成分，产生差频频率（两列激励声波频率之差）与和频频率（两频率之和），这种畸变源自于晶体缺陷、微观结构的变化（微裂纹），出现了调制频谱即可认定薄板结构中缺陷的存在，而当被测薄板结构件中在没有缺陷或损伤的区域，两列声波传播过程中的主要受原子间非线性畸变影响，产生调制频率的能量幅度较低，可以忽略，而有裂纹的薄板结构件中非线性声学特征更易被测量。利用差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统来识别裂纹的尤其是对微小裂纹的识别将大大优于线性声学检测系统，而且避免非线性声学波动方程的复杂分析，简化了超声非线性声学特征参数提取方法。
具体实施方式五、基于具体实施方式一所述的本具体实施方式包括以下步骤：
步骤一、高频信号发生器1的第一输出通道信号频率设为180kHz，第二输出通道信号频率设为280kHz，同时将180kHz信号加载到第一发射换能器2、280kHz信号加载第二发射换能器3上，作为第一发射换能器2和第二发射换能器3的激励信号，激励信号波形均设为正弦脉冲猝发波；
步骤二、接收换能器4接收信号：由接收换能器4接收步骤一在被测板材6中的传播信号，并由数字信号示波器5进行存储显示后传输给计算机7；
步骤三、获取非线性声学特征参数：通过计算机7对接收到的信号进行时频域联合分析，找出与微裂纹相关的非线性声学特征参数，对微裂纹进行识别。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统，其特征在于，高频信号发生器（1）、第一发射换能器（2）、第二发射换能器（3）、接收换能器（4）、数字信号示波器（5）、被测板材（6）、计算机（7）、五根数据传输线；所述的高频信号发生器（1）的信号输出端通过数据传输线分别与第一发射换能器（2）和第二发射换能器（3）电气连接，第一发射换能器（2）和第二发射换能器（3）通过耦合液与被测板材（6）无间隙垂直耦合，接收换能器（4）通过数据传输线与数字信号示波器（5）输入端电气连接，数字信号示波器（5）可以实时接收并存储接收换能器（4）采集的信号，数字信号示波器（5）的信号输出端通过数据传输线与计算机（7）的信号输入端电气连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统，其特征在于，所述的第一发射换能器（2）、第二发射换能器（3）和接收换能器（4）均为同型号同材质的压电晶体，谐振频率均为1MHz，并且第一发射换能器（2）和第二发射换能器（3）通过耦合液与被测板材（6）无间隙垂直耦合。
3.根据权利要求1所述的一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统，其特征在于，所述的高频信号发生器（1）输出通道为四个独立通道，可以同时选择不同频率的发射信号，仅用输出通道其中的第一输出通道和第二输出通道。
4.根据权利要求1所述的一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统，其特征在于，所述的高频信号发生器（1）所产生的两列超声波脉冲波的中心频率分别为180kHz和280kHz，并且同时分别加载到第一发射换能器（2）和第二发射换能器（3）上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620588375.9U CN205844271U (zh) | 2016-06-17 | 2016-06-17 | 一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201620588375.9U CN205844271U (zh) | 2016-06-17 | 2016-06-17 | 一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN205844271U true CN205844271U (zh) | 2016-12-28 |
Family
ID=58152286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201620588375.9U Expired - Fee Related CN205844271U (zh) | 2016-06-17 | 2016-06-17 | 一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN205844271U (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108709933A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-10-26 | 马飞虎 | 一种用于金属材料生产的无损检测设备 |
| CN111505116A (zh) * | 2020-04-25 | 2020-08-07 | 西安交通大学 | 基于空间调制激光超声声谱的材料近表面宏微观缺陷一体化超声检测方法 |
| CN112285203A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-01-29 | 杭州道森科技有限公司 | 一种双声道超声波缺陷定位方法及系统 |
-
2016
- 2016-06-17 CN CN201620588375.9U patent/CN205844271U/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108709933A (zh) * | 2018-05-17 | 2018-10-26 | 马飞虎 | 一种用于金属材料生产的无损检测设备 |
| CN111505116A (zh) * | 2020-04-25 | 2020-08-07 | 西安交通大学 | 基于空间调制激光超声声谱的材料近表面宏微观缺陷一体化超声检测方法 |
| CN111505116B (zh) * | 2020-04-25 | 2021-05-14 | 西安交通大学 | 基于空间调制激光超声声谱的材料近表面宏微观缺陷一体化超声检测方法 |
| CN112285203A (zh) * | 2020-10-22 | 2021-01-29 | 杭州道森科技有限公司 | 一种双声道超声波缺陷定位方法及系统 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102636303B (zh) | 一种基于表面超声波测定薄镀层残余应力的方法 | |
| CN106287240B (zh) | 一种基于声发射的管道泄漏检测装置及单传感器定位方法 | |
| CN104034287B (zh) | 一种弹性各向异性金属基体热障涂层厚度超声测量方法 | |
| CN103245726B (zh) | 通过超声表面波检测材料氢损伤的方法 | |
| CN205844271U (zh) | 一种基于差频非线性超声检测金属薄板微裂纹的检测系统 | |
| US6581014B2 (en) | Apparatus and method for analysis of guided ultrasonic waves | |
| CN104251883A (zh) | 一种非接触式检测岩石声波速度的方法 | |
| CN110954033A (zh) | 混凝土裂缝深度检测方法及其系统 | |
| CN108802203B (zh) | 一种基于多模态技术的杆状构件内部缺陷定位方法 | |
| CN106124623A (zh) | 金属薄板微裂纹识别与定位系统及基于该系统的检测方法 | |
| CN105353043A (zh) | 基于abaqus的金属薄板微裂纹时间反转定位方法 | |
| CN104698089A (zh) | 一种适用于倾斜裂纹定量和成像的超声相对时间传播技术 | |
| CN101874744A (zh) | 用于长骨分析的超声导波参数测量方法 | |
| Avanesians et al. | Wave separation: Application for arrival time detection in ultrasonic signals | |
| Tang et al. | A method based on SVD for detecting the defect using the magnetostrictive guided wave technique | |
| CN104458913B (zh) | 材料性能退化的非线性导波评估方法与装置 | |
| CN105424798A (zh) | 一种主动检测金属薄壁结构件中缺陷的方法 | |
| CN108195934B (zh) | 基于时频分析的超声导波检测频率优选方法 | |
| CN205353014U (zh) | 一种超声波工件检测系统 | |
| US11946735B2 (en) | Method for measuring deviation angle of fatigue microcrack based on nonlinear ultrasound | |
| CN206096037U (zh) | 基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置 | |
| CN110412132A (zh) | 基于多模式多模态超声相控阵检测系统及非线性成像方法 | |
| CN113298805B (zh) | 一种基于主动Lamb波声发射的结构表面缺陷探测方法 | |
| DE502008002671D1 (de) | Verfahren und Vorrichtung zum Auswerten von Empfangssignalen einer zerstörungsfreien Ultraschallwellenprüfung an einem Prüfkörper | |
| CN107741263A (zh) | 基于频域信息融合的液位估计方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20161228 Termination date: 20170617 |