【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及合金材料超声检测，特别是涉及高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价系统。
技术介绍
1、合金材料因其良好的铸造性能和塑性加工性能被广泛运用于交通运输、建筑、机电等各行各业，并且因其轻便、耐腐蚀等种种优点在航空航天领域也起到了不可小视的作用。然而，随着技术的不断进步，对高温合金零件的需求也日益增加。由于中高强度合金具有高热导率、激光反射率和宽凝固温度范围等特性，因此如何在高温环境下监测合金产生的热裂纹等缺陷问题成为一个重要的课题。
2、由于脉冲激光激发的lamb波的宽带大，导波模态多，极易出现波包混叠，与裂纹作用后导波频散严重，空间分辨率差，检测灵敏度下降，最关键的是难以区分缺陷波包，无法对微小损伤进行有效检测。因此需要研发一种能对合金进行微小损伤检测的系统及方法。
技术实现思路
1、针对上述现有技术，本专利技术在于提供高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价系统，主要解决上述
技术介绍
中存在的技术问题。
2、为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：
3、高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价系统，包括laser-emat系统，所述laser-emat系统包括：激光发射器、柱面透镜、电磁超声lamb导波接收探头、阻抗匹配网络、前置滤波放大器、数据采集卡、labview软件，所述高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价系统用于执行高温环境下高温合金
4、步骤1，将激光发射器通过柱面透镜打在合金板材上，板材基于热弹机制激发出沿板材长度方向传播的lamb导波；
5、步骤2，当lamb导波遇到合金微小损伤缺陷会产生缺陷反射回波，缺陷反射回波被电磁超声lamb导波接收探头接收，经前置滤波放大器放大后，通过数据采集卡输入计算机中，利用labview软件进行信号的采集，得到合金板材检测回波信号；
6、步骤3，调整阻抗匹配网络，实现电磁超声lamb导波接收探头和前置滤波放大器输入阻抗之间的阻抗匹配；
7、步骤4，保持激光点位置不变，将电磁超声lamb导波接收探头沿远离缺陷方向移动，采集不同位置的回波信号；
8、步骤5，对检测回波信号进行处理和成像，根据成像图判断合金板材有无微小损伤缺陷；
9、步骤6，通过控制激光波长来控制lamb波的模态，针对不同类型的缺陷，用特定模态lamb波进行检测，得出不同缺陷选择最佳模态进行检测，以提高微小损伤的检测灵敏度。
10、进一步的，所述电磁超声lamb导波接收探头包括永磁体、线性线圈、磁轭和黄铜外壳，所述永磁体采用一对极性相反的钐钴耐高温磁铁并置于黄铜外壳内，所述线性线圈由丝包线在陶瓷块上绕制而成，所述线性线圈置于永磁体中间，所述磁轭置于永磁体上方。
11、进一步的，所述永磁体宽度为5-20mm，长度为5-20mm，高度为5-20mm，所述丝包线外径为0.1-0.5mm，所述磁轨厚度为3-5mm。
12、进一步的，所述步骤1中，所述激光发射器选用固体激光器nd：yag激光器，调整脉冲宽度为8-12ns、激光能量为590-650v。
13、进一步的，所述步骤1中，所述柱面透镜焦距为400mm，所述激光发射器透过柱面透镜后聚焦成长8-10mm、宽1-1.5mm的片状光源。
14、进一步的，所述步骤4中，将所述电磁超声lamb导波接收探头以2-5mm为步长沿远离缺陷方向移动，采集不同位置的回波信号，共采集至少50组检测回波信号。
15、进一步的，所述步骤5中对检测回波信号进行处理和成像，其方法步骤如下：
16、步骤s1，对收集到的信号进行预处理，包括滤波、去噪，提高信号质量；
17、步骤s2，对预处理后的信号进行希尔伯特变换，生成解析信号，从解析信号中提取包括瞬时振幅和瞬时相位的瞬时特性；
18、步骤s3，分析瞬时特性随温度变化的规律，建立描述温度与瞬时振幅和相位关系的数学模型；
19、步骤s4，使用lm算法优化温度与瞬时特性的关系模型参数；
20、步骤s5，使用最小二乘法建立回归模型；
21、步骤s6，将实验导波信号带入回归模型，计算补偿参数，应用补偿参数调整原始信号，得到补偿后的信号；
22、步骤s7，使用验证集或交叉算法验证方法评估温度补偿模型的准确性，根据验证结果调整模型参数或优化算法；
23、步骤s8，将补偿后的导波信号和频率-波数数据导入matlab软件，进行二维傅里叶变换，形成频率-波数域成像图谱，分析成像图谱，评估微小损伤的检测结果；
24、步骤s9，利用disperse计算出lamb导波各模态频率-波数数据对应关系，将50组检测回波信号和各模态频率-导波数据共同导入matlab进行二维傅里叶变换并成像，根据成像图可以明显看出有无缺陷的成像区别，实现合金板材薄板微小损伤的快速检测。
25、进一步的，所述步骤s4中具体为，定义温度补偿模型，包括温度和其他相关变量；收集不同温度下的性能数据，建立目标函数，计算残差向量和雅可比矩阵；初始化参数，选择调节参数λ；迭代求解，更新参数估计，直至满足收敛条件。
26、进一步的，所述步骤s5中具体为，定义回归模型形式，包括因变量、自变量和模型参数；收集所有自变量和因变量的观测值；数据预处理，剔除异常值和缺失值；建立目标函数，定义残差平方和。通过最小二乘法估计模型参数。
27、本专利技术的有益效果在于：
28、本专利技术提供高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价系统，其电磁超声lamb导波接收探头采用丝包线绕制线性线圈，结合耐高温钐钴永磁体以及磁轭，形成独特的探头配置，并且黄铜外壳可以极大程度保护探头不受外界环境影响，提高换能效率。采用非接触的电磁超声技术，不需要携带耦合剂，能够在高温环境下，对微小损伤进行快速检测，在保证检测质量的同时提高检测效率。
29、利用二维傅里叶变换技术结合lamb导波模态信息可以直观识别是否存在缺陷，适用于合金薄板的在线无损检测，实现长距离快速检测。提出了建立回归模型的方法在高温环境下对图像进行温度补偿的方法，提高检测灵敏度。并通过改变laser-emat系统参数，根据频散曲线，选择最佳参数，使损伤变化对导波频散的影响更显著。
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1.高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价系统，其特征在于，包括Laser-EMAT系统，所述Laser-EMAT系统包括：激光发射器、柱面透镜、电磁超声Lamb导波接收探头、阻抗匹配网络、前置滤波放大器、数据采集卡、Labview软件，所述高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价系统用于执行高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价方法，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价系统，其特征在于，所述电磁超声Lamb导波接收探头包括永磁体、线性线圈、磁轭和黄铜外壳，所述永磁体采用一对极性相反的钐钴耐高温磁铁并置于黄铜外壳内，所述线性线圈由丝包线在陶瓷块上绕制而成，所述线性线圈置于永磁体中间，所述磁轭置于永磁体上方。
3.根据权利要求2所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价系统，其特征在于，所述永磁体宽度为5-20mm，长度为5-20mm，高度为5-20mm，所述丝包线外径为0.1-0.5mm，所述磁轨厚度为3-5
4.根据权利要求1所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价系统，其特征在于，所述步骤1中，所述激光发射器选用固体激光器Nd：YAG激光器，调整脉冲宽度为8-12ns、激光能量为590-650V。
5.根据权利要求4所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价系统，其特征在于，所述步骤1中，所述柱面透镜焦距为400mm，所述激光发射器透过柱面透镜后聚焦成长8-10mm、宽1-1.5mm的片状光源。
6.根据权利要求1所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价系统，其特征在于，所述步骤4中，将所述电磁超声Lamb导波接收探头以2-5mm为步长沿远离缺陷方向移动，采集不同位置的回波信号，共采集至少50组检测回波信号。
7.根据权利要求1所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价系统，其特征在于，所述步骤5中对检测回波信号进行处理和成像，其方法步骤如下：
8.据权利要求7所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价系统，其特征在于，所述步骤S4中具体为，定义温度补偿模型，包括温度和其他相关变量；收集不同温度下的性能数据，建立目标函数，计算残差向量和雅可比矩阵；初始化参数，选择调节参数λ；迭代求解，更新参数估计，直至满足收敛条件。
9.据权利要求7所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤Laser-EMAT导波评价系统，其特征在于，所述步骤S5中具体为，定义回归模型形式，包括因变量、自变量和模型参数；收集所有自变量和因变量的观测值；数据预处理，剔除异常值和缺失值；建立目标函数，定义残差平方和。通过最小二乘法估计模型参数。
...【技术特征摘要】
1.高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价系统，其特征在于，包括laser-emat系统，所述laser-emat系统包括：激光发射器、柱面透镜、电磁超声lamb导波接收探头、阻抗匹配网络、前置滤波放大器、数据采集卡、labview软件，所述高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价系统用于执行高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价方法，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价系统，其特征在于，所述电磁超声lamb导波接收探头包括永磁体、线性线圈、磁轭和黄铜外壳，所述永磁体采用一对极性相反的钐钴耐高温磁铁并置于黄铜外壳内，所述线性线圈由丝包线在陶瓷块上绕制而成，所述线性线圈置于永磁体中间，所述磁轭置于永磁体上方。
3.根据权利要求2所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价系统，其特征在于，所述永磁体宽度为5-20mm，长度为5-20mm，高度为5-20mm，所述丝包线外径为0.1-0.5mm，所述磁轨厚度为3-5mm。
4.根据权利要求1所述的高温环境下高温合金薄板微小损伤laser-emat导波评价系统，其特征在于，所述步骤1中，所述激光发射器选用固体激光器nd：yag激光器，调整脉冲宽度为8-12ns、激光能量为590-650v。
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：石文泽，许子晟，卢超，胡博，陈巍巍，雷震霆，崔金平，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：
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