本發(fā)明涉及合金材料超聲檢測(cè)，特別是涉及高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、合金材料因其良好的鑄造性能和塑性加工性能被廣泛運(yùn)用于交通運(yùn)輸、建筑、機(jī)電等各行各業(yè)，并且因其輕便、耐腐蝕等種種優(yōu)點(diǎn)在航空航天領(lǐng)域也起到了不可小視的作用。然而，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)高溫合金零件的需求也日益增加。由于中高強(qiáng)度合金具有高熱導(dǎo)率、激光反射率和寬凝固溫度范圍等特性，因此如何在高溫環(huán)境下監(jiān)測(cè)合金產(chǎn)生的熱裂紋等缺陷問(wèn)題成為一個(gè)重要的課題。

2、由于脈沖激光激發(fā)的lamb波的寬帶大，導(dǎo)波模態(tài)多，極易出現(xiàn)波包混疊，與裂紋作用后導(dǎo)波頻散嚴(yán)重，空間分辨率差，檢測(cè)靈敏度下降，最關(guān)鍵的是難以區(qū)分缺陷波包，無(wú)法對(duì)微小損傷進(jìn)行有效檢測(cè)。因此需要研發(fā)一種能對(duì)合金進(jìn)行微小損傷檢測(cè)的系統(tǒng)及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在于提供高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，主要解決上述背景技術(shù)中存在的技術(shù)問(wèn)題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

3、高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，包括laser-emat系統(tǒng)，所述laser-emat系統(tǒng)包括：激光發(fā)射器、柱面透鏡、電磁超聲lamb導(dǎo)波接收探頭、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、前置濾波放大器、數(shù)據(jù)采集卡、labview軟件，所述高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)用于執(zhí)行高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)方法，所述方法包括如下步驟：

4、步驟1，將激光發(fā)射器通過(guò)柱面透鏡打在合金板材上，板材基于熱彈機(jī)制激發(fā)出沿板材長(zhǎng)度方向傳播的lamb導(dǎo)波；

5、步驟2，當(dāng)lamb導(dǎo)波遇到合金微小損傷缺陷會(huì)產(chǎn)生缺陷反射回波，缺陷反射回波被電磁超聲lamb導(dǎo)波接收探頭接收，經(jīng)前置濾波放大器放大后，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡輸入計(jì)算機(jī)中，利用labview軟件進(jìn)行信號(hào)的采集，得到合金板材檢測(cè)回波信號(hào)；

6、步驟3，調(diào)整阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電磁超聲lamb導(dǎo)波接收探頭和前置濾波放大器輸入阻抗之間的阻抗匹配；

7、步驟4，保持激光點(diǎn)位置不變，將電磁超聲lamb導(dǎo)波接收探頭沿遠(yuǎn)離缺陷方向移動(dòng)，采集不同位置的回波信號(hào)；

8、步驟5，對(duì)檢測(cè)回波信號(hào)進(jìn)行處理和成像，根據(jù)成像圖判斷合金板材有無(wú)微小損傷缺陷；

9、步驟6，通過(guò)控制激光波長(zhǎng)來(lái)控制lamb波的模態(tài)，針對(duì)不同類型的缺陷，用特定模態(tài)lamb波進(jìn)行檢測(cè)，得出不同缺陷選擇最佳模態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，以提高微小損傷的檢測(cè)靈敏度。

10、進(jìn)一步的，所述電磁超聲lamb導(dǎo)波接收探頭包括永磁體、線性線圈、磁軛和黃銅外殼，所述永磁體采用一對(duì)極性相反的釤鈷耐高溫磁鐵并置于黃銅外殼內(nèi)，所述線性線圈由絲包線在陶瓷塊上繞制而成，所述線性線圈置于永磁體中間，所述磁軛置于永磁體上方。

11、進(jìn)一步的，所述永磁體寬度為5-20mm，長(zhǎng)度為5-20mm，高度為5-20mm，所述絲包線外徑為0.1-0.5mm，所述磁軌厚度為3-5mm。

12、進(jìn)一步的，所述步驟1中，所述激光發(fā)射器選用固體激光器nd：yag激光器，調(diào)整脈沖寬度為8-12ns、激光能量為590-650v。

13、進(jìn)一步的，所述步驟1中，所述柱面透鏡焦距為400mm，所述激光發(fā)射器透過(guò)柱面透鏡后聚焦成長(zhǎng)8-10mm、寬1-1.5mm的片狀光源。

14、進(jìn)一步的，所述步驟4中，將所述電磁超聲lamb導(dǎo)波接收探頭以2-5mm為步長(zhǎng)沿遠(yuǎn)離缺陷方向移動(dòng)，采集不同位置的回波信號(hào)，共采集至少50組檢測(cè)回波信號(hào)。

15、進(jìn)一步的，所述步驟5中對(duì)檢測(cè)回波信號(hào)進(jìn)行處理和成像，其方法步驟如下：

16、步驟s1，對(duì)收集到的信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，包括濾波、去噪，提高信號(hào)質(zhì)量；

17、步驟s2，對(duì)預(yù)處理后的信號(hào)進(jìn)行希爾伯特變換，生成解析信號(hào)，從解析信號(hào)中提取包括瞬時(shí)振幅和瞬時(shí)相位的瞬時(shí)特性；

18、步驟s3，分析瞬時(shí)特性隨溫度變化的規(guī)律，建立描述溫度與瞬時(shí)振幅和相位關(guān)系的數(shù)學(xué)模型；

19、步驟s4，使用lm算法優(yōu)化溫度與瞬時(shí)特性的關(guān)系模型參數(shù)；

20、步驟s5，使用最小二乘法建立回歸模型；

21、步驟s6，將實(shí)驗(yàn)導(dǎo)波信號(hào)帶入回歸模型，計(jì)算補(bǔ)償參數(shù)，應(yīng)用補(bǔ)償參數(shù)調(diào)整原始信號(hào)，得到補(bǔ)償后的信號(hào)；

22、步驟s7，使用驗(yàn)證集或交叉算法驗(yàn)證方法評(píng)估溫度補(bǔ)償模型的準(zhǔn)確性，根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果調(diào)整模型參數(shù)或優(yōu)化算法；

23、步驟s8，將補(bǔ)償后的導(dǎo)波信號(hào)和頻率-波數(shù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入matlab軟件，進(jìn)行二維傅里葉變換，形成頻率-波數(shù)域成像圖譜，分析成像圖譜，評(píng)估微小損傷的檢測(cè)結(jié)果；

24、步驟s9，利用disperse計(jì)算出lamb導(dǎo)波各模態(tài)頻率-波數(shù)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)關(guān)系，將50組檢測(cè)回波信號(hào)和各模態(tài)頻率-導(dǎo)波數(shù)據(jù)共同導(dǎo)入matlab進(jìn)行二維傅里葉變換并成像，根據(jù)成像圖可以明顯看出有無(wú)缺陷的成像區(qū)別，實(shí)現(xiàn)合金板材薄板微小損傷的快速檢測(cè)。

25、進(jìn)一步的，所述步驟s4中具體為，定義溫度補(bǔ)償模型，包括溫度和其他相關(guān)變量；收集不同溫度下的性能數(shù)據(jù)，建立目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算殘差向量和雅可比矩陣；初始化參數(shù)，選擇調(diào)節(jié)參數(shù)λ；迭代求解，更新參數(shù)估計(jì)，直至滿足收斂條件。

26、進(jìn)一步的，所述步驟s5中具體為，定義回歸模型形式，包括因變量、自變量和模型參數(shù)；收集所有自變量和因變量的觀測(cè)值；數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除異常值和缺失值；建立目標(biāo)函數(shù)，定義殘差平方和。通過(guò)最小二乘法估計(jì)模型參數(shù)。

27、本發(fā)明的有益效果在于：

28、本發(fā)明提供高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其電磁超聲lamb導(dǎo)波接收探頭采用絲包線繞制線性線圈，結(jié)合耐高溫釤鈷永磁體以及磁軛，形成獨(dú)特的探頭配置，并且黃銅外殼可以極大程度保護(hù)探頭不受外界環(huán)境影響，提高換能效率。采用非接觸的電磁超聲技術(shù)，不需要攜帶耦合劑，能夠在高溫環(huán)境下，對(duì)微小損傷進(jìn)行快速檢測(cè)，在保證檢測(cè)質(zhì)量的同時(shí)提高檢測(cè)效率。

29、利用二維傅里葉變換技術(shù)結(jié)合lamb導(dǎo)波模態(tài)信息可以直觀識(shí)別是否存在缺陷，適用于合金薄板的在線無(wú)損檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離快速檢測(cè)。提出了建立回歸模型的方法在高溫環(huán)境下對(duì)圖像進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，提高檢測(cè)靈敏度。并通過(guò)改變laser-emat系統(tǒng)參數(shù)，根據(jù)頻散曲線，選擇最佳參數(shù)，使損傷變化對(duì)導(dǎo)波頻散的影響更顯著。

技術(shù)特征：

1.高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，包括laser-emat系統(tǒng)，所述laser-emat系統(tǒng)包括：激光發(fā)射器、柱面透鏡、電磁超聲lamb導(dǎo)波接收探頭、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、前置濾波放大器、數(shù)據(jù)采集卡、labview軟件，所述高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)用于執(zhí)行高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)方法，所述方法包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述電磁超聲lamb導(dǎo)波接收探頭包括永磁體、線性線圈、磁軛和黃銅外殼，所述永磁體采用一對(duì)極性相反的釤鈷耐高溫磁鐵并置于黃銅外殼內(nèi)，所述線性線圈由絲包線在陶瓷塊上繞制而成，所述線性線圈置于永磁體中間，所述磁軛置于永磁體上方。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述永磁體寬度為5-20mm，長(zhǎng)度為5-20mm，高度為5-20mm，所述絲包線外徑為0.1-0.5mm，所述磁軌厚度為3-5mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟1中，所述激光發(fā)射器選用固體激光器nd：yag激光器，調(diào)整脈沖寬度為8-12ns、激光能量為590-650v。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟1中，所述柱面透鏡焦距為400mm，所述激光發(fā)射器透過(guò)柱面透鏡后聚焦成長(zhǎng)8-10mm、寬1-1.5mm的片狀光源。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟4中，將所述電磁超聲lamb導(dǎo)波接收探頭以2-5mm為步長(zhǎng)沿遠(yuǎn)離缺陷方向移動(dòng)，采集不同位置的回波信號(hào)，共采集至少50組檢測(cè)回波信號(hào)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟5中對(duì)檢測(cè)回波信號(hào)進(jìn)行處理和成像，其方法步驟如下：

8.據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟s4中具體為，定義溫度補(bǔ)償模型，包括溫度和其他相關(guān)變量；收集不同溫度下的性能數(shù)據(jù)，建立目標(biāo)函數(shù)，計(jì)算殘差向量和雅可比矩陣；初始化參數(shù)，選擇調(diào)節(jié)參數(shù)λ；迭代求解，更新參數(shù)估計(jì)，直至滿足收斂條件。

9.據(jù)權(quán)利要求7所述的高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷laser-emat導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，其特征在于，所述步驟s5中具體為，定義回歸模型形式，包括因變量、自變量和模型參數(shù)；收集所有自變量和因變量的觀測(cè)值；數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除異常值和缺失值；建立目標(biāo)函數(shù)，定義殘差平方和。通過(guò)最小二乘法估計(jì)模型參數(shù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷Laser?EMAT導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)，包括Laser?EMAT系統(tǒng)，所述Laser?EMAT系統(tǒng)包括：激光發(fā)射器、柱面透鏡、電磁超聲Lamb導(dǎo)波接收探頭、阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、前置濾波放大器、數(shù)據(jù)采集卡、Labview軟件，所述高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷Laser?EMAT導(dǎo)波評(píng)價(jià)系統(tǒng)用于執(zhí)行高溫環(huán)境下高溫合金薄板微小損傷Laser?EMAT導(dǎo)波評(píng)價(jià)方法。本發(fā)明通過(guò)Laser?EMAT系統(tǒng)來(lái)對(duì)合金板材進(jìn)行損傷檢測(cè)，采用非接觸的電磁超聲技術(shù)，利用Lamb導(dǎo)波的成像來(lái)對(duì)缺陷進(jìn)行識(shí)別，具有高分辨率和高檢測(cè)靈敏度的效果，對(duì)微小損傷也能精準(zhǔn)識(shí)別。本發(fā)明還提供了一種對(duì)成像進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，提高檢測(cè)靈敏度。

技術(shù)研發(fā)人員：石文澤,許子晟,盧超,胡博,陳巍巍,雷震霆,崔金平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南昌航空大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2