非线性超声检测系统检测分辨力和检测灵敏度的确定方法技术方案

本发明专利技术公开了一种非线性超声检测系统检测分辨力和检测灵敏度的确定方法，具体为对同一材质不同厚度的若干试件分别进行相同实验条件下的非线性超声二次谐波法检测，通过测得的不同厚度试件下相对非线性系数与试件厚度进行线性拟合，通过拟合直线的斜率截距之比确定该检测系统的检测分辨力，通过拟合直线的斜率确定检测灵敏度。本发明专利技术的方法可用于非线性超声检测中系统的搭建、设备部件的连接方式、实验参数等的优化，使在实际检测中检测数据具有更高分辨力、灵敏度，基于非线性超声技术的材料损伤程度判定、微观组织演化评定等工作可更为高效展开。更为高效展开。更为高效展开。

【技术实现步骤摘要】
非线性超声检测系统检测分辨力和检测灵敏度的确定方法


[0001]本专利技术涉及非线性超声检测系统，尤其是一种非线性超声检测系统检测分辨力和检测灵敏度的确定方法。

技术介绍

[0002]工程构件在服役过程中可能遭受塑形损伤、疲劳、热损伤、蠕变等力学、热学形式破坏。按照损伤的发展历程，往往都会经历从初期的微损伤、微裂纹再到宏观开裂的演化过程。而目前的传统无损检测方法均只能对宏观开裂实现有效检出，对于早期的微小损伤并不敏感。非线性超声技术作为传统无损检测方法的补充，对初期微损伤、微裂纹等微缺陷十分敏感。同时，非线性超声技术可用于评定材料的晶粒度、位错密度、析出相沉淀物浓度等微观属性，在不破坏试样的条件下对材料的诸多性能实现检出。其原理为利用超声波经过微缺陷时所激发的非线性效应，且非线性效应随着塑性损伤、疲劳、热损伤、蠕变等外部作用程度的加剧而增强。
[0003]目前的非线性超声检测技术主要包括二次谐波法、混频法、基于相控阵的非线性超声法等。由于非线性超声二次谐波法在实际检测中最易实现，故其应用最为广泛。该方法通常采用双换能器形式，一个作为超声发射源，另一个作为超声接收源。发射换能器通常为窄带换能器，而接收换能器由于需要同时接收基波和二次谐波一般选用宽带换能器，并用测量得到的基波幅值A1与二次谐波幅值A2组成的非线性系数刻画损伤程度，其定义式如下：
[0004]其中k为声波波数，X为声波传播距离（等于试件厚度）。由于在实际检测中发射频率固定，被测试件厚度固定，故k、X为固定值，继而采用相对非线性系数表征试件损伤程度，其表达式为：
[0005]在实际应用中，通过测得的相对非线性系数反推构件损伤程度，通常需要事先标定出相对非线性系数与材料损伤程度的关系曲线，同时由于相对非线性系数的绝对值没有实际意义，而某一损伤程度下的相较于试件未损伤时的原始相对非线性系数的比值才具实际意义，即实际应用中是通过衡量损伤程度。在标定过程中，系统检测分辨力、检测灵敏度会直接影响标定曲线的拟合关系。
[0006]到了实际检测环节，非线性超声技术应用面临的最大技术困难是检测结果的可重复性差。而检测分辨力及检测灵敏度亦为影响检测结果重复性的两个关键要素。这两个指标受测量仪器选择、部件连接方式、耦合剂的选择等因素影响。同时，系统非线性，即非物理
上的非线性效应对检测分辨力也有明显影响。另一方面，二次谐波法所提取的二次谐波幅值要比基波幅值小几个数量级，适当的谐波提取方式会明显影响检测灵敏度。
[0007]在传统线性超声框架内，测量系统的检测分辨力是指检测系统能够分辨一定大小两个相邻缺陷的能力，主要受超声波的脉冲宽度影响。检测灵敏度是指整个检测系统发现最小缺陷的能力，主要由超声波的频率决定。同时，这两个指标在一系列标准中明确了其测定方法。而在非线性超声领域，尚无明确的关于这两个指标的定义，而目前的研究者们只是通过一定的设计工装、实验系统设计方法、信号处理方法等去提高其能力，典型文献包括：（1）郑善朴，刘勋丰，陈巍，张雪松，王绪文. 一种用于超声非线性试验的压力监测夹持装置[J]. 无损检测，2019，41(1)：73
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76。该文章报道了作者通过设计一种用于超声非线性试验的压力监测夹持装置以保证对被测样品的压力一致，从而提高了非线性效应强度，可大大提高超声波对微缺陷检测的灵敏度。
[0008]（2）《一种用于超声非线性测试的压力监测夹持装置》（CN201811064202）。该专利技术专利公开了一种同样用于超声非线性测试的压力监测夹持装置，包括手轮、直线导轨、探头螺帽、吊环螺栓、夹臂、压力传感器、五位数码管等部件，能保证实验过程的单一变量原则，使所测各点的非线性系数具有对比性，提高检测分辨力。
[0009]（3）《一种大功率的自适应超声脉冲发射和非线性超声导波测量装置》（CN111157623A）。该专利技术公开了一种大功率的自适应超声脉冲发射和非线性超声导波测量装置，基于数字锁相技术的多谐波非线性超声导波检测方法，提高了发射信号的强度和接收信号的灵敏度。
[0010]（4）赵延秀.基于非线性超声信号分析与处理的304不锈钢应力腐蚀损伤评价[D].大连理工大学，2019。该文章对比了信息熵、傅里叶变换以及HHT三种信号处理方法对于提取非线性效应的灵敏度。得到结论，HHT提取的非线性系数随损伤变化最为敏感，信息熵曲线最为平缓，灵敏度最低，傅里叶变换提取的归一化非线性系数居中。

技术实现思路

[0011]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种非线性超声检测系统检测分辨力和检测灵敏度的确定方法，在实际检测前将检测分辨力和检测灵敏度两关键能力参数量化，通过本专利技术方法，可优化检测系统搭建方式、优化实验检测参数。继而提高非线性超声技术对于材料损伤、微观组织演化的检测分辨力、检测灵敏度。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种非线性超声检测系统检测分辨力和检测灵敏度的确定方法，包括以下步骤：（1）搭建具有测试稳定性的非线性超声检测系统；（2）加工满足所述非线性超声检测系统的试件若干，若干试件的材质相同，表面状况相同，厚度不同；（3）对不同厚度的试件进行非线性超声二次谐波法检测，从接收时域信号分别提取不同厚度试件的基波、二次谐波幅值，并计算相应的相对非线性系数，其中为基波幅值，为二次谐波幅值；（4）通过测得的不同厚度试件下相对非线性系数与试件厚度X进行线性拟合，
表示为 ，K为斜率，B为截距；（5）以拟合直线的斜率截距之比作为所述非线性超声检测系统的检测分辨力，以拟合直线的斜率K作为所述非线性超声检测系统的检测灵敏度。
[0013]所述步骤（5）中，斜率截距之比越大，检测分辨力越强；斜率K越大，检测灵敏度越高。
[0014]本专利技术的有益效果是：通过材料相同、厚度不同的若干试件进行相同条件下的非线性超声二次谐波法检测。利用声波经过不同厚度试件激发的非线性大小与试件厚度的线性关系进行系统检测分辨力和检测灵敏度的获取，继而优化实验仪器选择、部件连接方式、实验参数设定等。在实际检测中可提高非线性超声技术对于材料损伤程度、微观组织演化的检测能力。相较于现有的检测方式，能进一步保障检测效力，提升检测能力。
附图说明
[0015]图1是本专利技术非线性超声检测系统检测分辨力和检测灵敏度的确定方法的流程图。
[0016]图2是本专利技术实施例1的非线性超声检测系统的搭建示意图。
[0017]图3是不同厚度试件示意图。
[0018]图4是本专利技术实施例1的分路提取的基波、二次谐波时域信号图。
[0019]图5是本专利技术实施例1的通过相敏检波获得的基波、二次谐波幅值图。
[0020]图6是本专利技术实施例1的两种声波发射频率下相对非线性系数与试件厚度的拟合关系曲线。
[0021]图7是本专利技术实施例2的不带低通滤波器的非线性超声检测系统搭建示意图。
[0022]图8是本专利技术实施例2的两种工况下相对非线性系数与试件厚度的拟合关系曲线本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非线性超声检测系统检测分辨力和检测灵敏度的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）搭建具有测试稳定性的非线性超声检测系统；（2）加工满足所述非线性超声检测系统的试件若干，若干试件的材质相同，表面状况相同，厚度不同；（3）对不同厚度的试件进行非线性超声二次谐波法检测，从接收时域信号分别提取不同厚度试件的基波、二次谐波幅值，并计算相应的相对非线性系数，其中为基波幅值，为二次谐波幅值；（4）通...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘怿欢，王璇，郭勇，赵惠，杨阳，李菊峰，杜非，牛卫飞，张晋军，贺柏达，李超月，于海旭，郭清源，
申请(专利权)人：天津市特种设备监督检验技术研究院天津市特种设备事故应急调查处理中心，
类型：发明
国别省市：