專利名稱：非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)方案涉及利用聲波發(fā)射技術(shù)測(cè)試金屬材料，具體地說(shuō)是非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法及其裝置。
背景技術(shù)：
電磁檢測(cè)是利用材料在電磁作用下呈現(xiàn)出來(lái)的電學(xué)、磁學(xué)性質(zhì)或材料響應(yīng)特性(如振動(dòng)特性、應(yīng)力集中特性或聲發(fā)射特性)來(lái)判斷材料有關(guān)性能和缺陷的實(shí)驗(yàn)方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)材料缺陷的非接觸無(wú)損檢測(cè)，具有靈敏度高和檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)、航天航空、石油化工和其他各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中基于電磁檢測(cè)原理對(duì)材料缺陷檢測(cè)的方法主要有常規(guī)渦流檢測(cè)方法、遠(yuǎn)場(chǎng)渦流檢測(cè)方法、磁記憶檢測(cè)方法、漏磁檢測(cè)方法、低頻電磁場(chǎng)檢測(cè)方法、微波檢測(cè)方法和電位檢測(cè)方法，這些方法有一個(gè)共同的不足之處是，其所檢測(cè)到的是材料缺陷的靜態(tài)特性，無(wú)法得到材料缺陷的活動(dòng)狀態(tài)信息。另一方面，材料缺陷的聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)以其高靈敏性和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)特性為業(yè)界熟知，但現(xiàn)有聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)一直存在很難從整體信號(hào)中提取材料局部缺陷微弱信號(hào)的難題，對(duì)于實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用而言，這極大地限制了聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的可信度和應(yīng)用范圍。如何將電磁檢測(cè)技術(shù)和聲發(fā)射技術(shù)相結(jié)合，以在保持聲發(fā)射技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的前提下降低信號(hào)處理的難度和復(fù)雜度，以適于實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用，成為一個(gè)重要的研究方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法及其裝置，是一種基于渦流激勵(lì)聲發(fā)射的非鐵磁金屬薄板的電磁無(wú)損檢測(cè)方法及其裝置，克服了現(xiàn)有電磁檢測(cè)方法無(wú)法檢測(cè)得到材料缺陷的活動(dòng)狀態(tài)信息的不足和現(xiàn)有聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)存在的很難從整體信號(hào)中提取材料局部缺陷微弱信號(hào)的難題。本發(fā)明解決該技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法，是一種基于渦流激勵(lì)聲發(fā)射的非鐵磁金屬薄板的電磁無(wú)損檢測(cè)方法，其步驟是將脈沖渦流加載到待檢測(cè)的非鐵磁金屬薄板上，若待檢測(cè)的非鐵磁金屬薄板存在裂紋，會(huì) 被激發(fā)出聲發(fā)射信號(hào)，檢測(cè)采集該聲發(fā)射信號(hào)，傳送聲發(fā)射信號(hào)，將檢測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)放大，輸送放大的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理并得出結(jié)果；具體操作是，將渦流發(fā)生器中的激勵(lì)線圈放置在待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板的待檢測(cè)區(qū)域，再將四個(gè)壓電換能器SI、S2、S3和S4按菱形的四個(gè)頂點(diǎn)位置安放于該待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板上，每個(gè)壓電換能器分別通過(guò)信號(hào)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(jī)；開(kāi)始檢測(cè)時(shí)，讓渦流發(fā)生器中的信號(hào)產(chǎn)生器輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)輸入到渦流發(fā)生器中的接190V直流電源的功率放大器，該功率放大器產(chǎn)生與控制信號(hào)同頻和等周期數(shù)及電壓為190V的脈沖電壓，該脈沖電壓被加載到渦流發(fā)生器中由諧振電容和激勵(lì)線圈組成的回路上，由此在待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板上產(chǎn)生同頻渦流，若待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板存在裂紋型缺陷，會(huì)被激發(fā)出聲發(fā)射信號(hào)，該聲發(fā)射信號(hào)被四個(gè)壓電傳感器SpS2、S3和S4檢測(cè)采集并通過(guò)信號(hào)線輸入至前置放大器，再由該前置放大器放大并輸入至PC機(jī)，該P(yáng)C機(jī)根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行二維時(shí)差定位，從而定位檢測(cè)出該待檢測(cè)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(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法，所述控制信號(hào)是2 5周、頻率為2kHz IOkHz和電壓為8V的方波信號(hào)。上述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法，所述PC機(jī)根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行二維時(shí)差定位，其計(jì)算步驟是PC機(jī)根據(jù)輸入的待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板發(fā)出的聲發(fā)射聲波的波速V，又根據(jù)四個(gè)壓電換能器&、52、&和S4的坐標(biāo)，計(jì)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(jù)四個(gè)壓電傳感器51、&、&和&采集到的聲發(fā)射信號(hào)先后順序，確定壓電換能器S1和壓電換能器S3間采集到聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)差△ 以及壓電換能器S2和壓電換能器S4間采集到聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)差A(yù)t2，進(jìn)而根據(jù)下面的時(shí)差定位計(jì)算公式(I)和(2)得到聲發(fā)射源，即裂紋尖端位置的坐標(biāo)
權(quán)利要求
1.非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于是一種基于渦流激勵(lì)聲發(fā)射的非鐵磁金屬薄板的電磁無(wú)損檢測(cè)方法，其步驟是將脈沖渦流加載到待檢測(cè)的非鐵磁金屬薄板上，若待檢測(cè)的非鐵磁金屬薄板存在裂紋，會(huì)被激發(fā)出聲發(fā)射信號(hào)，檢測(cè)采集該聲發(fā)射信號(hào)，傳送聲發(fā)射信號(hào)，將檢測(cè)到的聲發(fā)射信號(hào)放大，輸送放大的信號(hào)，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與處理并得出結(jié)果；具體操作是，將渦流發(fā)生器中的激勵(lì)線圈放置在待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板的待檢測(cè)區(qū)域，再將四個(gè)壓電換能器SI、S2、S3和S4按菱形的四個(gè)頂點(diǎn)位置安放于該待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板上，每個(gè)壓電換能器分別通過(guò)信號(hào)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(jī)；開(kāi)始檢測(cè)時(shí)，讓渦流發(fā)生器中的信號(hào)產(chǎn)生器輸出控制信號(hào)，該控制信號(hào)輸入到渦流發(fā)生器中的接190V直流電源的功率放大器，該功率放大器產(chǎn)生與控制信號(hào)同頻和等周期數(shù)及電壓為190V的脈沖電壓，該脈沖電壓被加載到渦流發(fā)生器 中由諧振電容和激勵(lì)線圈組成的回路上，由此在待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板上產(chǎn)生同頻渦流，若待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板存在裂紋型缺陷，會(huì)被激發(fā)出聲發(fā)射信號(hào)，該聲發(fā)射信號(hào)被四個(gè)壓電傳感器SpS2、S3和S4檢測(cè)采集并通過(guò)信號(hào)線輸入至前置放大器，再由該前置放大器放大并輸入至PC機(jī)，該P(yáng)C機(jī)根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行二維時(shí)差定位，從而定位檢測(cè)出該待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板存在的裂紋型缺陷。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于所述控制信號(hào)是2 5周、頻率為2kHz IOkHz和電壓為8V的方波信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于所述PC機(jī)根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行二維時(shí)差定位，其計(jì)算步驟是PC機(jī)根據(jù)輸入的待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板發(fā)出的聲發(fā)射聲波的波速V，又根據(jù)四個(gè)壓電換能器Si、S2, S3和S4的坐標(biāo)，計(jì)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(jù)四個(gè)壓電傳感器Sp S2, S3和S4采集到的聲發(fā)射信號(hào)先后順序，確定壓電換能器S1和壓電換能器S3間采集到聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)差A(yù)t1,以及壓電換能器S2和壓電換能器S4間采集到聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)差A(yù)t2，進(jìn)而根據(jù)下面的時(shí)差定位計(jì)算公式(I)和(2)得到聲發(fā)射源，即裂紋尖端位置的坐標(biāo) "At1V+ 2^(x-a/2 J1 +y2(I) 2a L_ < y=~u~^(y-b/i)1 +X2(2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法，其特征在于所述PC機(jī)根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行二維時(shí)差定位的程序的流程為分別輸入待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板發(fā)出的聲發(fā)射聲波的波速V和四個(gè)壓電換能器Si、S2> S3和S4的坐標(biāo)一PC機(jī)根據(jù)四個(gè)壓電換能器Si、S2, S3和S4的坐標(biāo)，計(jì)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(jì)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(jī)根據(jù)采集到的聲發(fā)射信號(hào)到達(dá)壓電傳感器的先后順序，確定壓電換能器S1和壓電換能器S3間采集聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)差A(yù)t1,以及壓電換能器S2和壓電換能器&間采集聲發(fā)射信號(hào)的時(shí)差A(yù) t2 — PC機(jī)根據(jù)時(shí)差定位公式計(jì)算聲發(fā)射源坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板裂紋型缺陷的定位。
5.權(quán)利要求I所述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法所用的裝置，其特征在于是基于渦流激勵(lì)聲發(fā)射的非鐵磁金屬薄板電磁無(wú)損檢測(cè)裝置，包括渦流發(fā)生器、四個(gè)壓電換能器Si、S2、S3、S4、前置放大器和PC機(jī)。所述渦流發(fā)生器由信號(hào)產(chǎn)生器、功率放大器和激勵(lì)線圈構(gòu)成，其中功率放大器由MOSFET QU MOSFET Q2、二極管D1、二極管D2、一個(gè)變壓器和一個(gè)諧振電容按下述電路連接構(gòu)成M0SFET Ql的集電極接190V直流電正極和D2的負(fù)極，MOSFET Ql的發(fā)射極接二極管Dl的負(fù)極和變壓器同向端1、M0SFET Ql的門(mén)極通過(guò)信號(hào)線接信號(hào)產(chǎn)生器的信號(hào)輸出端1，MOSFET Q2的集電極接二極管D2的正極和變壓器反向端1，MOSFET Q2的發(fā)射極接190V直流電負(fù)極和Dl的正極，MOSFET Q2的門(mén)極通過(guò)信號(hào)線接信號(hào)產(chǎn)生器的信號(hào)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(lì)線圈一端，諧振電容另一端接激勵(lì)線圈另一端由此組成回路；渦流發(fā)生器的激勵(lì)線圈平放在待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板的待檢測(cè)區(qū)域，再將四個(gè)壓電換能器SpS2、S3和S4分別按菱形的四個(gè)頂點(diǎn)位置安放于該待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板上，四個(gè)壓電換能器SpS2、S3和S4分別通過(guò)信號(hào)線連接到前置放大器，前置放大器用同軸電纜連接到PC機(jī)
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法所用的裝置，其特征在于所述渦流發(fā)生器中的激勵(lì)線圈為0. 3_漆包線繞制的170匝、外徑為I. 5cm、內(nèi)徑為0. 5cm和高為Icm的空心線圈。
全文摘要
本發(fā)明非鐵磁金屬薄板的電磁聲發(fā)射無(wú)損檢測(cè)方法及其裝置，涉及利用聲波發(fā)射技術(shù)測(cè)試金屬材料，檢測(cè)方法的步驟是將渦流發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖渦流加載到待檢測(cè)的非鐵磁金屬薄板上，若待檢測(cè)的非鐵磁金屬薄板存在裂紋，會(huì)被激發(fā)出聲發(fā)射信號(hào)，該聲發(fā)射信號(hào)被四個(gè)壓電傳感器檢測(cè)采集并通過(guò)信號(hào)線輸入前置放大器放大后再輸入PC機(jī)，PC機(jī)根據(jù)所采集到的聲發(fā)射信號(hào)進(jìn)行二維時(shí)差定位，定位檢測(cè)出待檢測(cè)非鐵磁金屬薄板存在的裂紋缺陷；所用裝置包括渦流發(fā)生器、四個(gè)壓電換能器、前置放大器和PC機(jī)。本發(fā)明克服了現(xiàn)有電磁檢測(cè)方法無(wú)法檢測(cè)得到材料缺陷活動(dòng)狀態(tài)信息的不足和現(xiàn)有聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)存在很難從整體信號(hào)中提取材料局部缺陷微弱信號(hào)的難題。
文檔編號(hào)G01N27/90GK102636563SQ201210111939
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月17日
發(fā)明者劉素貞, 張獻(xiàn), 張闖, 李陽(yáng), 楊慶新, 金亮 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)