[发明专利]一种基于空气耦合超声的高空间分辨率应力动态测量方法

说明书

本发明公开了一种基于空气耦合超声的高空间分辨率应力动态测量方法。当接收空耦换能器与空耦换能器在待测试样的射入及接收之间的距离为L时，记录待测试样进行一个周期的周期运动的运动位置及当下位置的接收回波信号F(x)；将F(x)与无应力状态下相比得到声时差，在根据声时差计算得到每个运动位置下对应的L传播距离的平均应力值；当距离为L+ΔL时，记录待测试样进行一个周期的周期运动的运动位置及当下位置的接收回波信号Fsubgt;1/subgt;(x)；将Fsubgt;1/subgt;(x)与其无应力状态下相比得到声时差，在根据声时差计算得到每个运动位置下对应的L+ΔL传播距离的平均应力值；每个运动位置下对应的ΔL位置的应力值即为两者之差。用以解决传统超声应力测量中空间分辨率与测量精度的矛盾关系及耦合剂对测量的影响问题。

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，具体涉及一种基于空气耦合超声的高空间分辨率应力动态测量方法。

背景技术

高端智能装备部件或结构总是在复杂的应力状态下工作，包括拉应力、压应力及其组合。应力的存在对高端智能装备部件或结构的疲劳寿命、使用安全性和设备维护有很大影响。因此研究能够有效检测出高端智能装备部件或结构应力的无损检测方法，对于及时发现试件应力集中并采取应对措施，延长试件使用寿命，减少社会经济损失，有着重要意义。

到目前为止，国际各国家研究学者已经发展提出了许多无损应力测量方法。作为主要方法之一的衍射法主要关注在原子或晶粒尺度上变化的应力，使用高能束(如X射线、电子或中子)检测布拉格散射角的变化，已确定弹性应变。然而，衍射法要么需要严格的测试环境，要么测试设备或过程非常复杂耗时。此外，基于巴克豪森效应的磁声方法仅限于铁磁材料，应用范围有限。近年来，利用压电换能器的超声方法已被开发用于检测和识别复杂结构中的应力状态。

与其他无损检测方法相比，超声波应力检测具有低成本和高效率的潜力，并且在满足工业应用中的现场测量、动态测量以及在役测量等方面的应力测量也具有良好的前景。本质上，超声应力测量是基于声弹性效应，通过测量应力状态发生变化前后的超声波速度变化来实现应力测量。通常，因临界折射纵波(LCR)比其他超声波对应力更加敏感，故被广泛应用于应力测量。超声检测分为接触式和非接触式。接触式超声检测技术需在超声换能器和待测试样之间用液体作为声耦合剂，以减少超声波在空气中传播的损失。使用耦合剂一方面增加了人为因素对结果的影响，另一方面很难满足工业自动化生产和质量控制的需要，限制了超声检测的适用范围。非接触式无损检测，无需耦合剂，检测过程简单、方便，检测结果可避免人为耦合因素的影响，是快速无损检测技术的主要发展方向之一。对于运行状态的高端智能装备部件或结构的应力检测，只能采用非接触式超声应力检测方式。

随着显微机械加工技术的发展以及高分子材料技术的进步，高效率、高灵敏度的空气耦合式超声波换能器的制作取得了较大的突破，加上低噪声、高增益的放大器的研制及计算机信号处理技术的发展，使空气耦合式超声波无损检测技术有了长足的进步，并在无损检测领域获得了较好的应用成果。

传统基于声时差的应力测量方法，是获得的固定传播距离下的平均应力，应力测量的空间分辨率直接取决于传播距离的大小。传播距离越大，空气耦合超声同侧检测的直达波对有用LCR波信号的影响就越小，声时差测量越准确，从而应力测量越准确；然而，同时会降低应力测量空间分辨率。同时传统应力测量方法无法实现应力的动态测量。

发明内容

本发明提供一种基于空气耦合超声的高空间分辨率应力动态测量方法，用以解决传统超声应力测量中空间分辨率与测量精度的矛盾关系及耦合剂对测量的影响问题。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于空气耦合超声的高空间分辨率应力动态测量方法，所述测量方法具体为，在待测试样3内激发出LCR波从而确定激励空耦超声换能器发出的激励与接收空耦换能器倾角，再根据倾角组装测量装置；