【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及横波声速测量测量，尤其涉及一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量装置及方法。
技术介绍
1、检验检测是特种设备安全保障的关键环节和重要支撑。材料声学参数对无损检测结果精准性影响很大，且随温度变化而变化，如马氏体耐热钢p91从20℃到630℃，声速会从3300m/s减小到2500m/s，而声速作为相控阵超声聚焦法则计算的核心参数，其5％的变化，会造成5％定位误差和10％定量误差，准确获取不同温度下材料关键检测参数是实现高温精准检测的重要基础。
2、其中较为常见的是基于超声波的传统测量方法。然而，这些方法在应用于高温环境时面临诸多挑战：传统超声换能器在高温下易损坏，限制了测量温度范围；高温下材料的表面反射特性变化大，影响信号的接收与处理精度；材料存在热胀冷缩的现象，在高温下由于热膨胀产生厚度上的变化，需利用材料热膨胀系数进行厚度修正，而该系数通常也为未知量，引入较大测量不确定度,为获得不同模态的材料声速，如纵波、横波等，需利用不同的电磁声换能器激发,emat只能对铁磁性材料进行检测，并且换能器需靠近被测物，提离距离有限。再者，高温环境易导致电子设备的性能下降，增加了测量误差。目前，国内外尚未建立成熟的高温材料声学参数计量方法，影响高温特种设备厚度、缺陷等检测精度、制约其安全稳定运行。同时，缺少材料高温横波声速的计量方法，影响电磁超声横波检测量值溯源。因此需要一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量装置及方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是要提
2、为达到上述目的，本专利技术是按照以下技术方案实施的：
3、本专利技术包括以下步骤：
4、a控制nd:yag脉冲激光器发出激光，经反射镜反射后被柱面镜聚焦形成线性光斑，入射在位于加热炉中的样品上表面，在惰性气体保护中，通过热弹/热蚀效应激发不同模态声波，并经被测材料内部传播，往复反射传播至上下表面；
5、b接收到的不同模态声波振动信息通过信号解调传送给示波器和上位机；
6、c将入射激光点与激光探测点调整到同一轴线上，移动双波混合干涉仪以直线扫查的方式多次测量接收到的不同模态声波；
7、d通过变分模态分解实现激光超声纵波和横波模态的分解；
8、e利用互相关算法分别求解纵波和横波在双波混合干涉仪不同横向偏移xi下的飞行时间，则针对纵波和横波获得两组阵列数据，通过对结果进行线性拟合，所得直线的斜率分别为纵波声速和横波声速的平方vl2和vs2，-h2为截距，即可分别计算出材料纵波声速vl、横波声速vs和该温度下的厚度h。
9、进一步地，所述双波混合干涉仪与nd:yag脉冲激光器同侧布置或异侧布置，当采用激光超声异侧接收时，则各物理量之间存在以下关系：
10、xi2＝vl2tli2-h2 (4)
11、针对横波声速的测量，存在函数关系：
12、xi2＝vs2tsi2-h2 (5)
13、当采用激光超声同侧接收时，则被测材料的物理量之间存在以下关系：
14、xi2＝vl2tli2-4h2 (8)
15、同理，针对横波声速的测量，存在函数关系：
16、xi2＝vs2tsi2-4h2 (9)
17、被测材料在某温度下的厚度记为h，每次步进移动后，激光探测点与入射激光器的横向偏移距离记为xi，声波在被测材料中传播路径记为di，纵波在被测材料中传播时间记为tli，横波在被测材料中传播时间记为tsi，其中i为自然数。
18、进一步地，在步骤a中加热工作温度40℃-650℃。
19、在另一个方面，一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量装置，包括测量室，激光超声系统和上位机，所述测量室内设置有控温系统，所述测量室设置有惰性气体加入口，所述测量室的上方设置有所述激光超声系统，所述激光超声系统包括nd:yag脉冲激光器和双波混合干涉仪，所述双波混合干涉仪设置在电控平移台上用以步进移动，以直线扫查的方式多次测量接收到的不同模态声波；所述上位机的控制输出端与所述电控平移台的控制输入端连接。
20、进一步地，所述双波混合干涉仪的输出端设置有示波器，所述双波混合干涉仪的输出端与所述示波器的输入端连接。
21、进一步地，所述控温系统包括设置在测量室内的多层电加热丝。
22、进一步地，所述双波混合干涉仪与nd:yag脉冲激光器同侧布置或异侧布置。
23、本专利技术的有益效果是：
24、本专利技术是一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量装置及方法，与现有技术相比，本专利技术具有以下技术效果：
25、本专利技术实现激光超声激发不同模态声波的分离与信号后处理，适用于纵波和横波声速的同时测量；可忽略高温下材料自身热膨胀影响，降低该影响因素引入的测量不确定度。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量方法，其特征在于，当采用激光超声异侧接收时，则各物理量之间存在以下关系：
3.根据权利要求1所述一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量，其特征在于，在步骤A中加热工作温度40℃-650℃°。
4.一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量装置，用以执行权利要求1-3任意一项所述的一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量方法，其特征在于，包括测量室，激光超声系统和上位机，所述测量室内设置有控温系统，所述测量室设置有惰性气体加入口，所述测量室的上方设置有所述激光超声系统，所述激光超声系统包括Nd:Yag脉冲激光器和双波混合干涉仪，所述双波混合干涉仪设置在电控平移台上用以步进移动，以直线扫查的方式多次测量接收到的不同模态声波；所述上位机的控制输出端与所述电控平移台的控制输入端连接。
5.根据权利要求1所述一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量装置，其特征在于，所述双波混合干涉
6.根据权利要求1所述一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量装置，其特征在于，所述控温系统包括设置在测量室内的多层电加热丝。
7.根据权利要求1所述一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量装置，其特征在于，所述双波混合干涉仪与Nd:Yag脉冲激光器同侧布置或异侧布置。
...【技术特征摘要】
1.一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量方法，其特征在于，当采用激光超声异侧接收时，则各物理量之间存在以下关系：
3.根据权利要求1所述一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量，其特征在于，在步骤a中加热工作温度40℃-650℃°。
4.一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量装置，用以执行权利要求1-3任意一项所述的一种基于激光超声的材料高温纵波及横波声速测量方法，其特征在于，包括测量室，激光超声系统和上位机，所述测量室内设置有控温系统，所述测量室设置有惰性气体加入口，所述测量室的上方设置有所述激光超声系统，所述激光超声系统包括nd...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢广振，何龙标，钱飞明，王珂，杨平，王敏，田琦，王文侠，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。