【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及超声无损检测领域，特别涉及一种基于聚焦超声热效应的高分子材料缺陷检测方法。
技术介绍
1、高分子材料具有显著粘弹性、比强度高、绝缘性好、防腐蚀性强等优异性能，已发展成为科学研究和经济建设中常用的重要材料。然而高分子材料在加工、制备过程或以后的储运、服役过程中通常会形成一定数量的微缺陷(微裂纹、空洞、夹杂等)，在外部环境和受载条件下，缺陷的演化和发展将导致材料的最终破坏，降低材料的整体性能，甚至导致工件服役失效，严重威胁设备和人民生命财产安全问题。因此，对高分子材料缺陷准确检测可确保所制造器械的安全性。
2、超声检测因其灵活性高、性能稳定等优势，是目前广泛使用的无损检测技术，常规超声检测采用反射法或透射法对材料进行检测，当缺陷靠近材料表面时，缺陷回波易与界面回波重叠，因此该方法对材料表面及近表面缺陷不敏感，另外由于超声波衍射原理，难以实现直径小于半波长的缺陷检测。超声红外检测是近年来新兴的无损检测技术，其利用超声激励试块在缺陷处因摩擦产生局部热量积累，通过温度场变化检测出材料内部微小裂纹。然而，该方法适用于导热性较好的材料，而部分高分子材料导热系数较小，例如有机玻璃，其粘弹性显著但导热性差，使用超声红外检测技术进行缺陷检测效果不佳，因此需要一种新的检测方法来实现对高分子材料缺陷的检测。
3、超声热效应是指材料受到超声作用时由于材料内摩擦而表现出发热的现象。目前超声热效应在医疗上应用较多，对于高分子聚合物材料的加热也有部分研究。当超声波进入材料内部，由于材料的粘弹特性引起超声衰减产生热量，不同介
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种基于聚焦超声热效应的高分子材料缺陷检测方法。
2、本专利技术解决技术问题所采取的技术方案为：三维行走机构由三段导轨组成，用于移动聚焦换能器；聚焦换能器固定于三维行走机构，用于发射聚焦超声波及对待检测试件进行超声c扫描；信号发生装置包括信号发生器与功率放大器，用于驱动聚焦换能器；待检测高分子材料试件固定于水箱壁；三维行走机构x轴固定，通过y轴及z轴带动聚焦换能器对试件近表面进行扫描检测，对于试件深层部位，控制三维行走机构x轴改变聚焦换能器在试件内的焦点位置，在此深度对试件进行平面扫描；试件在超声连续波的激励下内部会产生热量；红外相机用于采集试件表面的温度分布，并将温度图像传输至计算机，根据红外图像异常判断是否存在缺陷，此方法适用于近表面的缺陷检测；若红外图像无明显异常，设置信号发生装置产生脉冲波加载至聚焦换能器发射声波；通过聚焦换能器对试件超声c成像来判断试件是否存在缺陷，超声成像检测可以更好的检测深层缺陷，将热场与声场相结合可以避免缺陷的漏检，从而实现高分子材料的全覆盖检测。
3、本专利技术的基本原理：利用聚焦超声热效应原理来检测高分子材料的缺陷。高分子材料具有粘弹性，当超声波通过高分子材料时，由于材料的粘性内耗和松弛作用，超声波会被阻尼和吸收，从而产生明显的超声致热效应。缺陷区域与正常区域材料不同，超声热效应也不相同，利用这种热效应差异实现近表面缺陷检测；同时在热效应的影响下，缺陷的发射回波增强，对深层缺陷进行超声成像检测，利用热场与声场相结合可实现高分子材料内部缺陷的全覆盖检测。
4、与现有技术相比较，本专利技术的有益效果为：本专利技术提出了一种高分子材料内部缺陷的检测方法，高分子材料具有一定粘弹性，利用材料本身的热效应取代超声红外热激励，在热效应影响下材料缺陷回波信号增强，形成聚焦超声热效应的缺陷检测方法。相较于其他传统超声检测方法，本专利技术突破常规超声波无损检测技术半波长灵敏度的限制，克服超声红外检测方法不适用于低导热性材料及缺陷检测深度存在限制的问题，为高分子材料等新型材料提供新的检测思路，推动高分子材料在各领域中的研究与应用。
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1.一种基于聚焦超声热效应的高分子材料缺陷检测方法，其特征在于：三维行走机构由三段导轨组成，其与计算机相连，计算机内部运动控制器输出信号控制三维行走机构实现聚焦换能器移动；聚焦换能器固定于三维行走机构Z轴末端，用于发射聚焦超声波及采集超声信息；信号发生装置包括信号发生器与功率放大器，信号发生器产生连续正弦信号，经功率放大器放大后加载至聚焦换能器发射连续声波；待检测试件固定于水箱壁；保持三维行走机构X轴固定，控制Y轴及Z轴带动聚焦换能器在Y-Z平面移动对试件近表面进行检测，对于试件深层部位，控制行走机构X轴改变聚焦换能器在试件内部的聚焦深度，并对试件进行Y-Z平面扫描；试件受到连续波作用其内部产生热量，红外相机用于采集试块的表面温度，并将采集到的红外图像传输至计算机；若红外图像无异常，信号发生装置驱动聚焦换能器产生脉冲波；聚焦换能器对试件进行超声C扫描并通过超声成像系统将成像结果传输至计算机；最终通过计算机中红外图像与超声C扫描图像判断试件内部是否存在缺陷；
【技术特征摘要】
1.一种基于聚焦超声热效应的高分子材料缺陷检测方法，其特征在于：三维行走机构由三段导轨组成，其与计算机相连，计算机内部运动控制器输出信号控制三维行走机构实现聚焦换能器移动；聚焦换能器固定于三维行走机构z轴末端，用于发射聚焦超声波及采集超声信息；信号发生装置包括信号发生器与功率放大器，信号发生器产生连续正弦信号，经功率放大器放大后加载至聚焦换能器发射连续声波；待检测试件固定于水箱壁；保持三维行走机构x轴固定，控制y轴及z轴带动聚焦换...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑慧峰，韩梦雨，王月兵，高雨萌，吴燕琪，赵鹏，周壮鑫，彭保茗，吕世杰，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：
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