[发明专利]利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状的系统

说明书

技术领域

本发明涉及利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状的方法，属于无损检测领域。

背景技术

随着我国现代化建设的发展，无论在高科技建设方面还是在基础设施建设方面，设施结构安全检测都是一个不容忽视的环节。由于柱结构在复杂的服役环境中受到设计载荷的作用，以及各种突发性外在因素的影响而面临结构中缺陷损伤程度的积累。随着时间的推移，有的会发生严重的损伤，甚至导致断裂，由此会产生灾难性的后果。目前对结构中缺陷定性研究的较多，而对其所含缺陷进行定量检测存在较大困难。

超声波检测技术是一种在不损坏被检物的结构和使用性能的情况下，利用超声波的方法来揭示其内部或表面存在的缺陷，以期提高被检物的内在质量和使用时的可靠性的一种技术，近年来引起人们广泛关注。超声波检测作为一种既安全又经济的手段，受到工程技术人员的青睐。现在，突飞猛进的高尖端技术在对材料的性能提出了更高要求的同时，要求材料的检测手段有进一步的改进，提出了定量无损检测(Quantitative Non-destructive Test)的需要，也就是不仅需要探测材料内部是否存在缺陷，而且需要定量地确定缺陷的几何特征(形状、尺寸和取向)和材料性能，甚至缺陷的动态发展规律。但是，目前还没有相关的手段能达到这一技术效果。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状的系统，以便能够快速、准确、低成本地重构出柱结构中三维缺陷的形状。

本发明利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状的系统构成包括：

函数发生模块，根据输入的介质参数生成适用于检测的具备设定中心频率及周期的单音频信号的模块；

超声波收发模块，以其作为超声波发送单元向被测柱中发送超声波信号；或以其作为超声波接收单元，接收被测柱中缺陷的反射回波信号；

三维缺陷形状重构模块，根据被测柱中缺陷的反射回波信号，重构柱结构中三维缺陷形状。

转换开关模块，在工作模式1与工作模式2之间转换，其中：

工作模式1：函数发生器模块发送的超声波信号传递至超声波收发模块；

工作模式2：超声波收发模块接收到的柱结构中缺陷反射回波信号导入三维缺陷形状重构模块。

本发明系统的结构特点也在于：

设置超声波收发模块于被测柱结构侧面，在所述被测柱结构中产生沿柱横截面传播的纵波，以所述纵波在柱结构中遇到缺陷产生的回波信号作为超声波收发模块的接收信号。

所述超声波收发模块针对被测柱结构表面的信号发射与接收的密度为沿同一截面上间隔10°，纵向间隔3mm。

所述超声波收发模块为压电换能器或单晶探头。

所述转换开关模块的电路结构设置为功率放大器通过一对背靠背二极管D1、D2一路与电桥B1相连，另一路先通过一对背靠背二极管D3、D4一路接至传感器P2，另一路与电桥B2相连；在所述电桥B2的输出回路中并联连接另一对背靠背二极管D5、D6。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明利用超声波重构柱结构中三维缺陷形状，为无损检测，不需破坏结构；对于含三维缺陷的柱状结构，利用超声探头提取缺陷处反射回波信号，经信号处理后重构缺陷形状；检测准确度高，误差能够满足工程要求，检测成本低。

2、本发明系统操作简单，工人劳动强度小，对操作工人的技术水平要求低。

3、本发明对于在实际工程中有广泛应用的柱状的杆等典型结构的检测具有很重要的工程意义，在在飞机、航天器、海洋平台、新型桥梁、网架结构、高层建筑等中都能体现出其广泛的应用前景。

附图说明

图1为本方法的便携式终端装置模块示意图。

图2a、图2b分别为利用本发明系统，激发频率为1.31MHz柱结构中圆柱形空穴反射回波的时域波形图和频谱图。

图3a、图3b分别为本发明方法的函数发生器模块中的检测条件设定窗口和发送波形选择/显示窗口。

图4为本方法的三维缺陷形状检测结果显示窗口。

图5为控制方法流程图。

图6为本发明转换开关模块电路原理图。

以下通过具体实施方式，结合附图对本发明作进一步说明

具体实施方式

参见图1，本实施例中的系统构成主要包括：

函数发生模块，根据输入的介质参数生成适用于检测的具备设定中心频率及周期的单音频信号的模块，可以采用高性能单片机和高速数/模转换芯片构成，也可由DSP芯片实现。