[发明专利]基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征方法及系统

权利要求书

1.一种基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、以裂纹深度作为待表征尺寸，在被测物表面加工裂纹；

S2、利用高功率脉冲激光分别在步骤S1得到的被测物表面和内部激发超声波；

S3、通过移动被测物或者激光光束实现激光光斑的移动，完成对缺陷的激光超声扫描检测，基于激光超声扫描采集的数据进行激光超声波场重构；

S4、求解步骤S3得到的激光超声波场的能量谱，根据能量谱判断缺陷位置；

S5、根据步骤S4得到的缺陷位置确定激光超声波经过缺陷的时刻，同时对多个时刻经过缺陷时激光超声波的波场能量谱进行分析，得到激光超声波在经过缺陷过程的能量谱变化情况；

S6、基于步骤S5得到的能量谱变化情况确定在经过缺陷时能量谱能量的衰减情况，建立能量谱与缺陷深度的单一对应关系，实现裂纹尺寸的定量表征。

2.根据权利要求1所述的基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征方法，其特征在于，步骤S1中，裂纹的深度为0.1mm，0.3mm，0.5mm，0.7mm和0.9mm。

3.根据权利要求2所述的基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征方法，其特征在于，裂纹的长度为5mm，宽度为0.5mm。

4.根据权利要求1所述的基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征方法，其特征在于，步骤S2中，采用热弹效应或烧蚀效应在被测物表面和内部激发出超声波。

5.根据权利要求1所述的基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征方法，其特征在于，步骤S3中，采用超声探头或光学干涉方式采集相应的信号，获得激光超声时频域信号。

6.根据权利要求1所述的基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征方法，其特征在于，步骤S4中，设置扫描间隔，通过光斑的扫描检测获得缺陷的激光超声波场图，然后采用能量谱算法获得不同时刻的激光超声波场能量谱。

7.根据权利要求1所述的基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征方法，其特征在于，步骤S5中，激光超声波在经过缺陷过程中能量谱的变化情况包括缺陷对激光超声能量的再分布特性。

8.根据权利要求1所述的基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征方法，其特征在于，步骤S6具体为：

对经过缺陷和未经过缺陷两种波场的能量谱所有能量进行求和，并计算能量差值和能量比值，通过建立与缺陷深度之间的对应关系，实现对缺陷深度的定量表征。

9.根据权利要求8所述的基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征方法，其特征在于，采用人工智能方法从能量谱中提取对应参数实现对缺陷的表征。

10.一种基于能量谱分析的激光超声裂纹尺寸定量表征系统，其特征在于，包括：

加工模块，以裂纹深度作为待表征尺寸，在被测物表面加工裂纹；

激发模块，利用高功率脉冲激光分别在加工模块得到的被测物表面和内部激发超声波；

扫描模块，通过移动被测物或者激光光束实现激光光斑的移动，完成对缺陷的激光超声扫描检测，基于激光超声扫描采集的数据进行激光超声波场重构；

计算模块，求解扫描模块得到的激光超声波场的能量谱，根据能量谱判断缺陷位置；

表征模块，根据计算模块得到的缺陷位置确定激光超声波经过缺陷的时刻，同时对多个时刻经过缺陷时激光超声波的波场能量谱进行分析，得到激光超声波在经过缺陷过程的能量谱变化情况；基于能量谱变化情况确定在经过缺陷时能量谱能量的衰减情况，建立能量谱与缺陷深度的单一对应关系，实现裂纹尺寸的定量表征。