[发明专利]焊接结构残余应力超声波无损测量装置及方法

权利要求书

1.基于焊接结构残余应力超声波无损测量装置的超声波无损测量方法，所述焊接结构残余应力超声波无损测量装置由脉冲信号源(1)、探头组(2)、信号接收处理装置(3)和显示器(4)组成，脉冲信号源(1)的输出端与探头组(2)的发射端子(2-1)相连，探头组(2)的接收端子(2-2)与信号接收处理装置(3)的输入端相连，探头组(2)的位移传感器(2-5)的输出端与信号接收处理装置(3)的输入端相连，信号接收处理装置(3)的输出端与显示器(4)相连，信号接收处理装置(3)内嵌单片机(3-1)，

其特征在于，超声波无损测量方法包括以下步骤：

步骤a：确定测量点坐标(x_i，y_i)，通过位移传感器(2-5)读入或手动输入测量点的坐标(x_i，y_i)并输出给信号接收处理装置(3)，其中i为测量点坐标的下角标；

步骤b：探头组(2)的发射端子(2-1)将脉冲信号源(1)发出的脉冲信号以第一临界折射角通过第一传播介质入射至工件(5)中，继而产生的临界折射纵波在工件(5)中传播；

步骤c：读取在工件(5)中传播的临界折射纵波波形的包络数据，在工件(5)中传播的临界折射纵波由探头组(2)的接收端子(2-2)接收并将其包络数据传送给信号接收处理装置(3)，由信号接收处理装置(3)来读取临界折射纵波的包络数据并在显示器(4)上显示；

步骤d：将模拟信号的临界折射纵波包络数据离散为数字信号，形成集合{N_i}；

步骤e：将离散为数字信号的临界折射纵波进行FIR滤波，采用FIR滤波器去除离散为数字信号的临界折射纵波包络数据中的错误数据；

步骤f：进行全包络权重处理，计算全包络权重特征值M_n，全包络权重特征值M_n由以下公式计算：

M_n＝N_p1·a₁+N_p2·a₂+…

+N_q1·b₁+N_q2·b₂+…

+N_r1·c₁+N_r2·c₂+…

其中：

N_p1为包络上升沿点p₁的X轴对应值，来自于集合{N_i}， 

N_p2为包络上升沿点p₂的X轴对应值，来自于集合{N_i}，

N_q1为包络下降沿点q₁的X轴对应值，来自于集合{N_i}，

N_q2为包络下降沿点q₂的X轴对应值，来自于集合{N_i}，

N_r1为包络波峰点r1的X轴对应值，来自于集合{N_i}，

N_r2为包络波峰点r2的X轴对应值，来自于集合{N_i}，

a₁、a₂、b₁、b₂、c₁和c₂是权重因子，它们之间的比例关系如下：

其中： 为上升沿位置方差，

为下降沿位置方差，

为波峰位置方差；

步骤g：判断单点的测量次数m是否小于单点测量设定值，

判断结果为是，执行步骤b，判断结果为否，执行步骤h，

步骤h：依据格罗布斯准则去除异常数据，并取全包络权重特征值M_n的平均值 输出，

在一个测量点测量了设定的次数，获得一组全包络权重特征值M_n，将其中不满足公式 的数据去除，

其中：g(n)，数据M_n的统计量，测量次数i＝1，2，…

α，显著度，为判断出现错误的概率，α依具体问题具体选择，

g_o(i，α)，统计量g_(n)的临界值，它依测量次数i及显著度α而定，其值查表，

s为数值M_n的标准差，

为所有全包络权重特征值M_n值的平均值，

去除不满足条件的数据后，将剩余的全包络权重特征值M_n取平均值 输出；

步骤i：判断测量点的个数是否等于1，

判断结果为是，执行步骤j；判断为否，则执行步骤k； 

步骤j：更换探头组(2)的测量位置，再执行步骤a；

步骤k：根据两个测量点求得的 结果计算工件(5)的残余应力σ，残余应力σ由以下公式得出：

σ＝K_i(M_n+1-M_n)

其中M_n+1为另一个测量点的全包络权重特征值，

K_i为声弹性常数。