【技术实现步骤摘要】
本申请涉及金属材料性能检测领域，具体涉及一种基于纵波谐振的金属材料性能检测方法、传感器及系统。
技术介绍
1、航空航天金属材料经常受到高温环境和复杂机械载荷的影响。在高温蠕变和疲劳破坏之前，会发生变形和裂纹扩展。特别是在高温高压气体的侵蚀和腐蚀作用下，金属部件也会发生局部变薄，导致结构性能显著下降，严重影响高温环境下工作的热端部件的可靠性。先进材料及构件的实际应用环境决定了材料性能及测试技术的发展方向，目前，国际国内极端环境下材料力学性能测试技术及测试标准仍存在缺失情况，测试体系建设仍未完善。因此开发出新型极端环境下的声学检测系统具有较大的工程应用价值。
2、能够应用于高温检测中的超声换能器必需满足耐高温或非接触的基本条件。目前接触式压电超声检测已经成功应用于多种高温检测场合，但压电超声并不能做到与被测试样分离，这会导致检测时探头移动困难，存在贴合不紧密造成超声波能量损失的问题，难以应用于异形构件或者弯曲复杂界面，同时不适用于高温振动环境中检测；非接触式的空气耦合超声不需要耦合剂，具有较大的高温应用前景，但空气耦合超声由于空气介质与超声换能材料之间的声阻抗严重不匹配，存在接收到的超声波信号幅值低和信噪比差的问题，且空气耦合超声的检测对象通常局限于低密度多孔材料，有限的频率范围、信噪比低以及缺乏脉冲回波能力都阻碍了空气耦合超声在高温下对金属材料的检测；激光超声技术作为一种完全非接触式无损检测技术，可以在高温、高压、辐射等环境中对复杂结构件进行无损检测与监测。激光超声技术兼具光学与超声检测的优势，具有无损、非接触、宽频带
技术实现思路
1、本专利技术所解决的问题是，提供一种基于纵波谐振的金属材料性能检测方法、传感器及系统，可以提高检测效果。
2、第一方面，本申请提供一种基于纵波谐振的金属材料性能检测方法，基于激光器和金属材料性能检测传感器进行金属材料性能检测，其中金属材料性能检测传感器包括电磁超声换能器emat(英文：electromagneticacoustic transducer)和聚磁环；所述方法包括：将emat和聚磁环分别置于金属材料试样的两侧；激光器发出的激光穿过聚磁环和金属材料试样表面覆盖的液固混合材料在金属材料试样中产生超声谐振信号最终由emat接收，基于emat接收到的超声谐振信号检测金属材料试样的性能。
3、在一种可能的实现方式中，所述金属材料试样表面覆盖的液固混合材料为银硅脂。
4、在一种可能的实现方式中，所述基于emat接收到的超声谐振信号检测金属材料试样的性能，包括：
5、对基于emat接收到的超声谐振信号进行功率谱密度psd分析，获得超声谐振信号的功率谱密度函数；
6、根据功率谱密度函数确定超声谐振信号各个谐振频率点；
7、基于各个谐振频率点，根据以下公式计算待测金属材料试样的厚度：
8、
9、其中，fp为第p个谐振频率点，fq为第q个谐振频率点，p＞q≥1，d为待测金属材料试样的厚度，c为超声波声速。
10、第二方面，本申请提供一种金属材料性能检测传感器，用于上述的金属材料性能检测方法；
11、所述金属材料性能检测传感器包括emat和聚磁环；
12、所述emat包括基础永磁体和线圈；
13、所述基础永磁体包括两个方形永磁体、磁轭和线圈；所述磁轭设置在两个方形永磁体上方，所述线圈设置在两个方形永磁体下部中间；两个方形永磁体左右对称布置且极性相反，左边的方形永磁体上半部分被磁化为s极，下半部分被磁化成n极，右边的方形永磁体上半部分被磁化为n极，下半部分被磁化成s极；
14、相应地，所述聚磁环为径向磁化环形永磁体，聚磁环左半部分被磁化为n极，右半部分被磁化成s极。
15、本申请还提供一种金属材料性能检测传感器，用于上述的金属材料性能检测方法；
16、所述金属材料性能检测传感器包括emat和聚磁环；
17、所述emat包括基础永磁体和线圈；
18、所述基础永磁体包括第一永磁体、第二永磁体和软磁聚磁器；
19、第一永磁体和软磁聚磁器呈圆柱状；第二永磁体呈圆环柱状；
20、第一永磁体、第二永磁体和软磁聚磁器同轴线设置；
21、所述第一永磁体置于软磁聚磁器上；
22、所述第二永磁体和软磁聚磁器高度相等，底面在同一平面上；所述第二永磁体套设在软磁聚磁器外；
23、所述软磁聚磁器的直径等于所述第二永磁体的内径，小于第一永磁体的直径；
24、所述第二永磁体沿径向磁化，分为内侧部分和外侧部分；内侧部分的外径大于第一永磁体的直径；外侧部分的内径等于内侧部分的外径；
25、所述第一永磁体和聚磁环对应采用第一磁化结构：
26、所述第一永磁体沿轴向磁化，分成上下两个部分，其中上半部分被磁化为n极，下半部分被磁化成s极；
27、所述第二永磁体的内侧部分被磁化为s极，第二永磁体的外侧部分被磁化成n极；
28、相应地，所述聚磁环为轴向磁化环形永磁体，聚磁环上半部分被磁化为n极，下半部分被磁化成s极。
29、或者，所述第一永磁体和聚磁环对应采用第二磁化结构：
30、所述第一永磁体沿轴向磁化，分成上下两个部分，其中上半部分被磁化为s极，下半部分被磁化成n极；
31、所述第二永磁体的内侧部分被磁化为n极，第二永磁体的外侧部分被磁化成s极；
32、相应地，所述聚磁环为轴向磁化环形永磁体，聚磁环上半部分被磁化为s极，下半部分被磁化成n极。
33、在一种可能的实现方式中，所述线圈采用线性线圈。
34、在一种可能的实现方式中，所述线圈采用螺旋线圈。
35、在一种可能的实现方式中，所述emat的基础永磁体和线圈组装在前端设有开口的外壳中；所述线圈采用耐800℃高温的陶瓷银线圈；所述外壳与基础永磁体和线圈之间填充有耐1000℃高温的凝胶；所述线圈与外壳前端之间设置有隔热膜；
36、所述基础永磁体和聚磁环均采用能够耐350℃高温的smco永磁体。
37、第三方面，本申请提供一种基于纵波谐振的金属材料性能检测系统，包括激光器和权利要求5～7中任一项所述的金属材料性能检测传感器；
38、其中激光器作为激励部分，金属材料性能检测传感器作为接收部分；
39、使用时，激光器发出的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于纵波谐振的金属材料性能检测方法，其特征在于，基于激光器和金属材料性能检测传感器进行金属材料性能检测，其中金属材料性能检测传感器包括电磁超声换能器EMAT和聚磁环；所述方法包括：将EMAT和聚磁环分别置于金属材料试样的两侧；激光器发出的激光穿过聚磁环和金属材料试样表面覆盖的液固混合材料在金属材料试样中产生超声谐振信号最终由EMAT接收，基于EMAT接收到的超声谐振信号检测金属材料试样的性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属材料试样表面覆盖的液固混合材料为银硅脂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于EMAT接收到的超声谐振信号检测金属材料试样的性能，包括：
4.一种金属材料性能检测传感器，其特征在于，用于权利要求1～3中任一项所述的金属材料性能检测方法；
5.一种金属材料性能检测传感器，其特征在于，用于权利要求1～3中任一项所述的金属材料性能检测方法；
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述线圈采用线性线圈。
7.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于
8.一种基于纵波谐振的金属材料性能检测系统，其特征在于，包括激光器和权利要求5～7中任一项所述的金属材料性能检测传感器；
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述系统还包括与激光器搭配的多关节转轴机械导光臂，用于实现三维光路偏转，使激光器发出的激光沿聚磁环轴向穿过聚磁环射向金属材料试样；
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述系统还还包括依次相连的阻抗匹配器、前置放大器、数据采集卡和计算机；其中，阻抗匹配模块用于调节EMAT线圈的匹配电容电感参数，在提高接收到的超声谐振信号的幅值与信噪比的同时提高超声谐振信号的频带宽度；前置放大器用于对超声谐振信号进行处理后，由数据采集卡将放大后的超声谐振信号传输至计算机中，计算机用于对接收到的超声谐振信号进行PSD分析，获得超声谐振信号的功率谱密度函数，即谐振频谱信号。
...【技术特征摘要】
1.一种基于纵波谐振的金属材料性能检测方法，其特征在于，基于激光器和金属材料性能检测传感器进行金属材料性能检测，其中金属材料性能检测传感器包括电磁超声换能器emat和聚磁环；所述方法包括：将emat和聚磁环分别置于金属材料试样的两侧；激光器发出的激光穿过聚磁环和金属材料试样表面覆盖的液固混合材料在金属材料试样中产生超声谐振信号最终由emat接收，基于emat接收到的超声谐振信号检测金属材料试样的性能。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属材料试样表面覆盖的液固混合材料为银硅脂。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于emat接收到的超声谐振信号检测金属材料试样的性能，包括：
4.一种金属材料性能检测传感器，其特征在于，用于权利要求1～3中任一项所述的金属材料性能检测方法；
5.一种金属材料性能检测传感器，其特征在于，用于权利要求1～3中任一项所述的金属材料性能检测方法；
6.根据权利要求4或5所述的方法，其特征在于，所述线圈采用线性线圈。
7.根据权利要求4或5所述的方...
【专利技术属性】
技术研发人员：石文泽，程施文，卢嘉葳，张琦，陈巍巍，刘伟成，汤文斌，刘伟，胡志翔，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
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。