非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法及其裝置的製作方法
2023-05-29 19:05:46
專利名稱：非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法及其裝置的製作方法
技術領域：
本發明的技術方案涉及利用聲波發射技術測試金屬材料，具體地說是非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法及其裝置。
背景技術：
電磁檢測是利用材料在電磁作用下呈現出來的電學、磁學性質或材料響應特性(如振動特性、應力集中特性或聲發射特性)來判斷材料有關性能和缺陷的實驗方法，可以實現對材料缺陷的非接觸無損檢測，具有靈敏度高和檢測速度快等優點，已被廣泛地應用於製造業、航天航空、石油化工和其他各個工業領域。現有技術中基於電磁檢測原理對材料缺陷檢測的方法主要有常規渦流檢測方法、遠場渦流檢測方法、磁記憶檢測方法、漏磁檢測方法、低頻電磁場檢測方法、微波檢測方法和電位檢測方法，這些方法有一個共同的不足之處是，其所檢測到的是材料缺陷的靜態特性，無法得到材料缺陷的活動狀態信息。另一方面，材料缺陷的聲發射檢測技術以其高靈敏性和動態監測特性為業界熟知，但現有聲發射檢測技術一直存在很難從整體信號中提取材料局部缺陷微弱信號的難題，對於實際的工業應用而言，這極大地限制了聲發射檢測技術的可信度和應用範圍。如何將電磁檢測技術和聲發射技術相結合，以在保持聲發射技術優點的前提下降低信號處理的難度和複雜度，以適於實際的工業應用，成為一個重要的研究方向。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法及其裝置，是一種基於渦流激勵聲發射的非鐵磁金屬薄板的電磁無損檢測方法及其裝置，克服了現有電磁檢測方法無法檢測得到材料缺陷的活動狀態信息的不足和現有聲發射檢測技術存在的很難從整體信號中提取材料局部缺陷微弱信號的難題。本發明解決該技術問題所採用的技術方案是非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法，是一種基於渦流激勵聲發射的非鐵磁金屬薄板的電磁無損檢測方法，其步驟是將脈衝渦流加載到待檢測的非鐵磁金屬薄板上，若待檢測的非鐵磁金屬薄板存在裂紋，會 被激發出聲發射信號，檢測採集該聲發射信號，傳送聲發射信號，將檢測到的聲發射信號放大，輸送放大的信號，進行數據採集與處理並得出結果；具體操作是，將渦流發生器中的激勵線圈放置在待檢測非鐵磁金屬薄板的待檢測區域，再將四個壓電換能器SI、S2、S3和S4按菱形的四個頂點位置安放於該待檢測非鐵磁金屬薄板上，每個壓電換能器分別通過信號線連接到前置放大器，該前置放大器再用同軸電纜連接至PC機；開始檢測時，讓渦流發生器中的信號產生器輸出控制信號，該控制信號輸入到渦流發生器中的接190V直流電源的功率放大器，該功率放大器產生與控制信號同頻和等周期數及電壓為190V的脈衝電壓，該脈衝電壓被加載到渦流發生器中由諧振電容和激勵線圈組成的迴路上，由此在待檢測非鐵磁金屬薄板上產生同頻渦流，若待檢測非鐵磁金屬薄板存在裂紋型缺陷，會被激發出聲發射信號，該聲發射信號被四個壓電傳感器SpS2、S3和S4檢測採集並通過信號線輸入至前置放大器，再由該前置放大器放大並輸入至PC機，該PC機根據所採集到的聲發射信號進行二維時差定位，從而定位檢測出該待檢測非鐵磁金屬薄板存在的裂紋型缺陷。上述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法，所述控制信號是2 5周、頻率為2kHz IOkHz和電壓為8V的方波信號。上述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法，所述PC機根據所採集到的聲發射信號進行二維時差定位，其計算步驟是PC機根據輸入的待檢測非鐵磁金屬薄板發出的聲發射聲波的波速V，又根據四個壓電換能器&、52、&和S4的坐標，計算出壓電換能器S1的探頭和壓電換能器S2的探頭間距為a，壓電換能器S3的探頭和壓電換能器S4的探頭的間距為b，再根據四個壓電傳感器51、&、&和&採集到的聲發射信號先後順序，確定壓電換能器S1和壓電換能器S3間採集到聲發射信號的時差△ 以及壓電換能器S2和壓電換能器S4間採集到聲發射信號的時差At2，進而根據下面的時差定位計算公式(I)和(2)得到聲發射源，即裂紋尖端位置的坐標
權利要求
1.非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法，其特徵在於是一種基於渦流激勵聲發射的非鐵磁金屬薄板的電磁無損檢測方法，其步驟是將脈衝渦流加載到待檢測的非鐵磁金屬薄板上，若待檢測的非鐵磁金屬薄板存在裂紋，會被激發出聲發射信號，檢測採集該聲發射信號，傳送聲發射信號，將檢測到的聲發射信號放大，輸送放大的信號，進行數據採集與處理並得出結果；具體操作是，將渦流發生器中的激勵線圈放置在待檢測非鐵磁金屬薄板的待檢測區域，再將四個壓電換能器SI、S2、S3和S4按菱形的四個頂點位置安放於該待檢測非鐵磁金屬薄板上，每個壓電換能器分別通過信號線連接到前置放大器，該前置放大器再用同軸電纜連接至PC機；開始檢測時，讓渦流發生器中的信號產生器輸出控制信號，該控制信號輸入到渦流發生器中的接190V直流電源的功率放大器，該功率放大器產生與控制信號同頻和等周期數及電壓為190V的脈衝電壓，該脈衝電壓被加載到渦流發生器 中由諧振電容和激勵線圈組成的迴路上，由此在待檢測非鐵磁金屬薄板上產生同頻渦流，若待檢測非鐵磁金屬薄板存在裂紋型缺陷，會被激發出聲發射信號，該聲發射信號被四個壓電傳感器SpS2、S3和S4檢測採集並通過信號線輸入至前置放大器，再由該前置放大器放大並輸入至PC機，該PC機根據所採集到的聲發射信號進行二維時差定位，從而定位檢測出該待檢測非鐵磁金屬薄板存在的裂紋型缺陷。
2.根據權利要求I所述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法，其特徵在於所述控制信號是2 5周、頻率為2kHz IOkHz和電壓為8V的方波信號。
3.根據權利要求I所述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法，其特徵在於所述PC機根據所採集到的聲發射信號進行二維時差定位，其計算步驟是PC機根據輸入的待檢測非鐵磁金屬薄板發出的聲發射聲波的波速V，又根據四個壓電換能器Si、S2, S3和S4的坐標，計算出壓電換能器S1的探頭和壓電換能器S2的探頭間距為a，壓電換能器S3的探頭和壓電換能器S4的探頭的間距為b，，再根據四個壓電傳感器Sp S2, S3和S4採集到的聲發射信號先後順序，確定壓電換能器S1和壓電換能器S3間採集到聲發射信號的時差At1,以及壓電換能器S2和壓電換能器S4間採集到聲發射信號的時差At2，進而根據下面的時差定位計算公式(I)和(2)得到聲發射源，即裂紋尖端位置的坐標 "At1V+ 2^(x-a/2 J1 +y2(I) 2a L_ < y=~u~^(y-b/i)1 +X2(2)。
4.根據權利要求I所述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法，其特徵在於所述PC機根據所採集到的聲發射信號進行二維時差定位的程序的流程為分別輸入待檢測非鐵磁金屬薄板發出的聲發射聲波的波速V和四個壓電換能器Si、S2> S3和S4的坐標一PC機根據四個壓電換能器Si、S2, S3和S4的坐標，計算壓電換能器S1的探頭和壓電換能器S3的探頭間的距離a，計算壓電換能器S2的探頭和壓電換能器S4的探頭間的距離b — PC機根據採集到的聲發射信號到達壓電傳感器的先後順序，確定壓電換能器S1和壓電換能器S3間採集聲發射信號的時差At1,以及壓電換能器S2和壓電換能器&間採集聲發射信號的時差A t2 — PC機根據時差定位公式計算聲發射源坐標，實現對待檢測非鐵磁金屬薄板裂紋型缺陷的定位。
5.權利要求I所述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法所用的裝置，其特徵在於是基於渦流激勵聲發射的非鐵磁金屬薄板電磁無損檢測裝置，包括渦流發生器、四個壓電換能器Si、S2、S3、S4、前置放大器和PC機。所述渦流發生器由信號產生器、功率放大器和激勵線圈構成，其中功率放大器由MOSFET QU MOSFET Q2、二極體D1、二極體D2、一個變壓器和一個諧振電容按下述電路連接構成M0SFET Ql的集電極接190V直流電正極和D2的負極，MOSFET Ql的發射極接二極體Dl的負極和變壓器同向端1、M0SFET Ql的門極通過信號線接信號產生器的信號輸出端1，MOSFET Q2的集電極接二極體D2的正極和變壓器反向端1，MOSFET Q2的發射極接190V直流電負極和Dl的正極，MOSFET Q2的門極通過信號線接信號產生器的信號輸出端2，變壓器反向端2接諧振電容一端，變壓器同向端2接激勵線圈一端，諧振電容另一端接激勵線圈另一端由此組成迴路；渦流發生器的激勵線圈平放在待檢測非鐵磁金屬薄板的待檢測區域，再將四個壓電換能器SpS2、S3和S4分別按菱形的四個頂點位置安放於該待檢測非鐵磁金屬薄板上，四個壓電換能器SpS2、S3和S4分別通過信號線連接到前置放大器，前置放大器用同軸電纜連接到PC機
6.根據權利要求5所述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法所用的裝置，其特徵在於所述渦流發生器中的激勵線圈為0. 3_漆包線繞制的170匝、外徑為I. 5cm、內徑為0. 5cm和高為Icm的空心線圈。
全文摘要
本發明非鐵磁金屬薄板的電磁聲發射無損檢測方法及其裝置，涉及利用聲波發射技術測試金屬材料，檢測方法的步驟是將渦流發生器產生的脈衝渦流加載到待檢測的非鐵磁金屬薄板上，若待檢測的非鐵磁金屬薄板存在裂紋，會被激發出聲發射信號，該聲發射信號被四個壓電傳感器檢測採集並通過信號線輸入前置放大器放大後再輸入PC機，PC機根據所採集到的聲發射信號進行二維時差定位，定位檢測出待檢測非鐵磁金屬薄板存在的裂紋缺陷；所用裝置包括渦流發生器、四個壓電換能器、前置放大器和PC機。本發明克服了現有電磁檢測方法無法檢測得到材料缺陷活動狀態信息的不足和現有聲發射檢測技術存在很難從整體信號中提取材料局部缺陷微弱信號的難題。
文檔編號G01N27/90GK102636563SQ201210111939
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月17日 優先權日2012年4月17日
發明者劉素貞, 張獻, 張闖, 李陽, 楊慶新, 金亮 申請人:河北工業大學