一種材料成分分數無損檢測方法
2023-11-11 10:50:57
一種材料成分分數無損檢測方法
【專利摘要】本發明公開一種材料成分分數無損檢測方法，主要包括：一批成分分數待測材料，首先取一定數量成分分數已知的材料作為樣本，以聲發射信號在材料中的傳輸特性為基礎，得出聲發射信號在樣本材料中傳輸的能量衰減係數，並以此樣本為依據建立該批次材料某成分分數與能量衰減係數間的對應關係；然後再測出聲發射信號在該批次待測材料中傳輸的能量衰減係數，並和已建立的成分分數與能量衰減係數關係進行比對，進而推測出該批次全部材料中某成分的分數。本發明能在不破壞材料完整性的情況下對材料成分分數做出較準確的評估，克服了傳統檢測方法需對待檢測材料逐一破壞取樣及工作量大等不足，是一種基於聲發射技術的材料成分分數無損檢測新方法。
【專利說明】一種材料成分分數無損檢測方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於材料無損檢測領域，是一種基於聲發射技術的材料成分分數無損檢測方法。
【背景技術】
[0002]聲發射技術是一種新型的無損檢測技術，目前在材料、電力、石油化工等行業已經得到較為廣泛的應用，其具有對傳輸介質敏感性高和能夠進行動態檢測的特點。目前國內外已有一些研究者利用聲發射技術研究信號在不同材料中的傳輸特性。相關的研究表明，聲發射信號在不同材料中的傳輸特性存在差異，同時又有一定的規律可循。目前該研究方向主要集中於聲發射信號在材料中的傳輸特性，而很少有利用其傳輸特性去反推材料成分分數方面的研究。
[0003]傳統的材料成分分數檢測方法，如光譜分析法或掃描電鏡分析法等都需要對被檢測材料進行逐一脆斷及切片等處理，是以破壞被檢測材料結構完整性為前提的材料成分檢測方法。同時，當面對數量較大、配比不同的某些批次的待檢測材料時，傳統檢測方法顯得步驟繁瑣、工作量大，檢測的效率整體偏低。因此，如何尋找一種高效的材料成分分數無損檢測方法是目前亟需解決的一個重要課題。
【發明內容】
[0004]本發明一種材料成分分數無損檢測方法目的在於克服傳統材料成分分數檢測方法需對被檢測材料逐一破壞取樣，會對被檢測對象造成破壞性損傷以及檢測過程繁瑣、工作量大等不足，提供一種基於聲發射技術的材料成分分數無損檢測新方法，以保證被檢測材料結構完整性，提高檢測效率及降低檢測成本。
[0005]本發明一種材料成分分數無損檢測方法包括以下步驟。
[0006](a)首先選取一定數量成分分數已知的材料作為樣本，利用聲發射設備測量出聲發射信號在每個樣本材料中隨著傳輸距離增加信號能量的衰減特性，並用能量相對衰減率描述能量的衰減特性。其中能量相對衰減率的計算公式為-.SE,二2價呢(MnJE),E1為傳感器I所採到集信號的能量值，Em為傳感器?所採集到信號的能量值.Jn表示傳感器的編號，以離斷鉛點最近的為傳感器1，編號依次遞增，《=1，2，3…，為正整數。
[0007](b)分別獲得每個樣本材料聲發射信號隨著傳輸距離增加的能量相對衰減率曲線，並進行過原點直線擬合，得出每個樣本材料對應的能量衰減係數，即擬合直線的斜率。
[0008](C)建立材料某組成成分分數T73和能量衰減係數尤的關係曲線，並進行直線擬合，獲得該批次被檢測材料此成分的分數與其能量衰減係數間的對應關係，即分，其中7?表示該批次材料組成成分中需要測定的某成分分數，kn為能量衰減係數，t為斜率3為截距，t、b都為常數。
[0009]Cd)測出該批次所有待檢測材料的能量衰減係數之，毛，A3, ".Λη ；由材料某組成成分分數與能量衰減係數間的關係式得出該批次全部被檢測材料中某成分的分數JVJVJV
[0010]根據本發明，所述步驟(a)中的聲發射裝置及其配套設備，包括聲發射傳感器、前置放大器、信號傳輸設備及信號處理系統；實驗中聲發射信號均由標準斷鉛模擬產生。
[0011]根據本發明，所述步驟(a)中採集信號時，聲發射傳感器個數及傳感器布置情況依據被檢測材料的屬性、尺寸和需檢測的精度而定；例如，聲發射信號在金屬材料中傳輸衰減相對較慢，則傳感器間距可以布置得大一些，而聲發射信號在某些複合材料中傳輸衰減較快，則傳感器間距應該粘貼得相對小些。
[0012]本發明一種材料成分分數無損檢測方法，克服了傳統檢測方法需對所有被檢測對象進行逐一破壞取樣，會對被檢測材料造成損傷的不足。本發明用於材料成分分數檢測時，不會對被檢測材料造成破壞，能夠保持材料結構和功能的完整；同時，面對大批次的待檢測材料，只需事先從中抽取數量合適的樣本，建立材料中某種需測定成分的分數與能量衰減係數間的對應關係，根據此關係即可獲得該批次所有待檢測材料成分分數，能夠大幅提高檢測效率，是一種高效的材料成分分數無損檢測方法。【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1 一種材料成分分數無損檢測方法檢測流程圖。
[0014]圖2聲發射傳感器粘貼示意圖。
[0015]圖3聲發射信號在試件f試件3 (樣本)中傳輸能量相對衰減率圖。
[0016]圖4微晶石墨質量分數與能量衰減係數對應關係圖。
[0017]圖5試件4能量相對衰減率圖。
【具體實施方式】
[0018]本發明一種材料成分分數無損檢測方法包括以下步驟。
[0019]面對某批次待檢測材料，首先從中選取一定數量成分分數已知或是通過其他方法已檢測出來的材料作為樣本；利用聲發射設備測量出信號在每個樣本中隨著傳輸距離增加的能量衰減特性，用能量相對衰減率描述；得到聲發射信號隨著傳輸距離增加的能量相對衰減率曲線，對曲線進行過原點直線擬合，得出每個樣本的能量衰減係數，即擬合直線的斜率；獲得樣本材料中某種成分分數與能量衰減係數的關係曲線，用直線進行擬合，建立該批次被檢測材料某成分的分數與能量衰減係數間的對應關係。用同樣的測量方法得出該批次所有待檢測材料中的能量衰減係數，將能量衰減係數帶入已建立的對應關係中，推測出該批次材料中需要測定組成成分的分數。
[0020]以下結合具體實施例，對本發明一種材料成分分數無損檢測方法作進一步說明: 本實施例中的待檢測材料為一批由微晶石墨和聚乙烯醇按不同的質量比例混合，經攪
勻加熱後壓製成的微晶石墨/聚乙烯醇複合材料；其中選取微晶石墨質量分數分別為30%、60%,80%的三種微晶石墨/聚乙烯醇複合材料作為樣本，分別編號為試件1、試件2和試件3 ;同時選取試件4作為待檢測材料，但在本實施例中為了便於將檢測結果和真實值進行對t匕，以證明該一種材料成分分數無損檢測方法的有效性，試件4中的微晶石墨的質量分數也是已知的，為70%。本實施例中聲發射信號採集系統為美國PAC公司的PC1-2系統及配套設備。如圖2所示為聲發射傳感器粘貼示意圖，S^S4代表傳感器f傳感器4 ;傳感器粘貼的間隔為40mm且斷鉛點距離第一個傳感器的距離也為40mm，斷鉛點與所有傳感器都在同
一直線上。
[0021](a)測量出聲發射信號在試件廣試件3中的能量衰減特性，並通過公式:5^=201(^(4/4)換算成能量相對衰減率，用能量相對衰減率去描述能量的衰減特性而為離斷鉛點最近的S1所採集信號的能量值，&為傳感器5:所採集信號的能量值，《=1，2，3，4 ；表不傳感器的編號。
[0022](b)獲得聲發射信號隨著傳輸距離增加的能量相對衰減率曲線，並進行過原點直線擬合，如圖3所示，得出每個樣本材料對應的能量衰減係數即擬合直線的斜率。從圖3可知，試件1、試件2、試件3所對應的能量衰減係數分別為之=0.16，毛=0.31，弋=0.41。
[0023](C)以能量衰減係數尤為橫坐標，以樣本材料中微晶石墨的質量分數Tfl為縱坐標，在平面坐標中得出相應的點，再對其進行直線擬合，便得到了該批次材料中微晶石墨質量分數與能量衰減係數間的對應關係，即'yn=2.1k-0.02，kn為能量衰減係數，T73為微晶石墨的質量分數，如圖4所示。由此便可在測得材料能量衰減係數的情況下推斷出該批次其他所有材料中微晶石墨的質量分數。
[0024](d)測出該批次中待檢測材料(試件4)的能量衰減係數即擬合直線的斜率^4=0.36，如圖5所示；將 其帶入通過樣本建立的微晶石墨質量分數與能量衰減係數的對應關係T?=2.1k-0.02中，得試件4中微晶石墨的質量分數74=73.6% ;該方法測得的微晶石墨質量分數73.6%與試件4真實值70%間的誤差為3.6%。
[0025]通過本實施例可見，在一定的誤差範圍內，本發明一種材料成分無損檢測方法能夠推斷出被檢測材料中某種組成成分的分數。本發明不需對被檢測對象逐一破壞取樣，能在不破壞材料完整性的情況下，檢測出材料中某種成分的分數，克服了傳統檢測方法會對材料造成破壞性損傷、步驟繁瑣、工作量大等不足，是一種基於聲發射技術的新的材料成分分數檢測方法。
[0026]最後應當說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對本發明使用範圍的限制。
【權利要求】
1.一種材料成分分數無損檢測方法，其特徵在於，包括以下步驟: (a)首先確定一定數量某待測成分分數已知的材料作為樣本，利用聲發射設備測量出信號在樣本材料中傳輸的能量衰減特性； (b)分別獲得每個樣本的能量相對衰減率曲線，並對其進行過原點直線擬合，得出每個樣本的能量衰減係數，即擬合直線的斜率； (C)以樣本為依據，根據樣本材料中某成分分數與能量衰減係數的關係，用直線進行擬合，獲得該批次待檢測材料某種成分分數與能量衰減係數間的對應關係； Cd)同樣，利用聲發射方法測出該批次所有待檢測材料的能量衰減係數，並根據(C)中獲得的材料成分分數與能量衰減係數間的對應關係，從而得出所有該批次待檢測材料中某種需要檢測成分的分數。
2.如權利要求1所述一種材料成分分數無損檢測方法，其特徵在於，所述方法適合用於待測成分與其它成分通過物理結合方式構成的混合材料，且被檢測批次材料數量較多的場合，與傳統方法會對被檢測材料造成損壞及步驟繁瑣不同，該方法檢測效率高且不需要對被檢測材料逐一破壞取樣，不會損壞材料。
3.如權利要求1所述一種材料成分分數無損檢測方法，其特徵在於，所述選取樣本的數量應依據該批次材料的總數量而定，樣本越豐富得出的結果準確性越高，且所選樣本材料成分分數必須為已知或是通過其他方法已測出。
4.如權利要求1所述一種材料成分分數無損檢測方法，其特徵在於，所述聲發射設備中的傳感器型號及個數需依據被檢測材料的類別、所需檢測精度等因素確定。
5.如權利要求1所述一種材料成分分數無損檢測方法，其特徵在於，根據檢測對象，按照一定間距布置傳感器，以離信號源(斷鉛模擬產生)最近傳感器I的能量值作為參考，用能量相對衰減率描述聲發射信號在材料中的衰減特性，計算公式為:5&=201Og (.EJE1), E1為傳感器I所採到集信號的能量值，Em為傳感器?所採集到信號的能量值；其中《表示傳感器的編號，離斷鉛點最近的為傳感器1，編號依次遞增，m=1，2，3…，為正整數。
【文檔編號】G01N29/14GK103954691SQ201410225751
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年5月27日 優先權日:2014年5月27日
【發明者】王向紅, 向建軍, 尹東, 胡宏偉, 謝煒 申請人:長沙理工大學