[发明专利]一种各向异性材料纵波声速的测量方法

说明书

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及对采用超声探头测量各向异性材料纵波声速方法的改进。

背景技术

超声检测是通过超声波与被测试样相互作用，就反射、透射和散射的波进行研究，对试样进行几何特征测量、宏观缺陷检测、组织结构和力学性能变化的检测和表征，并进而对其特定应用性能进行评价的技术。超声检测中使用的常规超声探头就晶片数量而言通常有两种：一种只包含一个晶片，这个晶片既用于发射又用于接收超声波；另一种包含一对晶片，一个晶片用于发射超声波，另一个用于接收超声波。与常规超声探头不同，相控阵超声探头是一个换能器组件，一般包含16至256个数量不等的小型单个晶片，每个晶片可分别用于激励和接收超声波。同时，这些晶片可以排列成条状(线阵)、2维矩阵、环状(环阵)等不同形状。材料的声速是弹性模量等机械性能的直接反映，通过精确测量材料声速，可反映出材料和工件的状态；另外，在超声检测中对被测材料声速进行精确测量，对准确确定缺陷位置和形状起着关键作用。因此，对材料声速进行准确测量具有重大的实际意义。然而，各向异性材料具有许多各向同性材料所不存在的声波传播现象，如声速具有方向性、声波的相速度和群速度之间存在差异、具有三种不同的声波传播速度(而非二种)以及很多更加细微的区别。因此，当利用超声波对各向异性材料进行检测时，必须深刻了解超声波在各向异性材料中的传播性质，其中，测量各向异性材料的实际声速是一项重要的工作。传统的超声测量声速方法多采用单个探头的反射法或一对探头的穿透法来实现，由于各向异性材料的声速方向性，当测量不同传播角度下的声速时，需要采用计算机控制的测角器来不断调节入射角，并借助水浸循环泵来稳定水温，同时由于模转换和反射/透射系数的影响，导致反射回波信号的幅值比较低(如李家伟、陈积懋.无损检测手册[M].北京：机械工业出版社,2002,p238)。其缺点是：测量步骤复杂，测量周期长，测量精度低。

发明内容

本发明的目的是：提出一种改进的各向异性材料纵波声速的测量方法，以便简化测量步骤，缩短测量周期，提高测量精度。

本发明的技术方案是：一种各向异性材料纵波声速的测量方法，由各向异性材料制成的被测试样具有长方体外形，在被测试样内部不存在缺陷，其特征在于，采用相控阵超声线阵探头进行各向异性材料纵波声速的测量，测量的步骤如下：

1、超声回波数据采集及存储：将包含N个阵元晶片的相控阵超声线阵探头放置在被测试样的上表面上，N不小于16，在纵波声速测量过程中不移动相控阵超声线阵探头位置；设置相控阵超声探伤仪，使相控阵超声线阵探头中从端头起的至少连续M个阵元晶片依次发射超声波，M不小于3且不大于N/4，同时，每个发射阵元晶片发射超声波时，采集相控阵超声线阵探头中从发射阵元晶片起的连续N-M+1个阵元晶片接收到的超声回波信号，作为一个超声回波数据组U_m＝{U_m1,U_m2,…,U_mi,…,U_m(N-M+1)}，m为超声回波数据组的序号，m＝1,2,…,M，并将超声回波数据组U_m进行存储；

2、获取超声回波信号的底波传播时间数据组：定义底波传播时间t为超声回波信号中始波与底波之间的时间差；依次提取超声回波数据组U_m中每个超声回波信号的底波传播时间，形成底波传播时间数据组t_m＝{t_m1,t_m2,…,t_mi,…,t_m(N-M+1)}；

3、计算底波传播时间平均值数据组：按照下式对M个底波传播时间数据组中序号对应的数据项取平均值，得到底波传播时间平均值数据组