[发明专利]线性调频超声波激励的红外热波无损检测方法与系统有效
申请号: | 201410162687.9 | 申请日: | 2014-04-22 |
公开(公告)号: | CN103926253B | 公开(公告)日: | 2017-04-12 |
发明(设计)人: | 刘俊岩;秦雷;王扬;龚金龙 | 申请(专利权)人: | 哈尔滨工业大学 |
主分类号: | G01N21/88 | 分类号: | G01N21/88;G01N29/14 |
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地址: | 150000 黑龙*** | 国省代码: | 黑龙江;23 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 线性 调频 超声波 激励 红外 无损 检测 方法 系统 | ||
技术领域
本发明涉及一种利用超声红激励的红外热波检测手段来实现材料缺陷无损检测的方法与系统,尤其涉及了一种线性调频超声波激励的红外热波无损检测方法与系统。
背景技术
超声红外热波无损检测技术是一种以超声波为激励源的主动式红外热波成像无损检测技术,该技术可有效的检测接触界面类型缺陷,如金属疲劳裂纹,复合材料分层、脱粘缺陷与硬脆材料裂纹及冲击损伤等。超声波在固体中的传播速度快,衰减小,当与材料内部缺陷发生相互作用时,将在缺陷区域产生热量,利用红外热像仪记录被测样件表面的温度信号,通过分析温度信号的特征信息,确定材料内部的缺陷。超声红外锁相热像技术是目前应用最广泛的超声红外热波无损检测技术之一,该技术能够克服加热不均、检测速度慢等缺点,但该方法温度信号的信噪比较低。
发明内容
为了进一步提高超声红外热波无损检测技术的探测深度、抑制背景噪声的影响,本发明提供了一种线性调频超声波激励的红外热波无损检测方法与系统,采用线性调频脉冲信号对超声波的强度进行调制,显著提高了检测结果的信噪比,提高了缺陷检测深度,能够实现对材料内部缺陷的准确可靠检测。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的:
一种线性调频超声波激励的红外热波无损检测方法,包括以下步骤:
S1、调整超声波激励头与被测样件的空间位置,打开气缸压紧装置的开关,使超声波激励头与被测样件表面紧密接触,利用BNC数据线将信号发生器的信号输出通道端口与超声波发生器功率放大器的模拟调制信号输入端口相连,由计算机控制信号发生器产生线性调频脉冲信号,驱动超声波发生器功率放大器,使超声波的功率按照线性调频脉冲信号规律变化;
S2、利用以太网数据线将计算机与焦平面红外热像仪连接,打开超声波发生器,通过计算机对焦平面红外热像仪进行触发,采集被测样件表面热波信号,记录至少2~3个周期,为了完整地获取表面热波信号的时频域特征信息,焦平面红外热像仪采样频率应设置为线性调频信号最高频率的5~10倍,将采集到的图像数据存储到计算机相应目录下;
S3、对采集的表面热波信号进行处理,提取表面热波信号的时频域特征信息,通过时频域特征信息集成得到表征材料内部缺陷的特征图像,实现对样件内部缺陷及损伤的快速、准确检测。
更具体地,以上所述的一种线性调频超声波激励的红外热波无损检测方法,所述的步骤S1中,超声波激励头通过调整装置调整空间位置,使超声波激励头与被测样件待激励区域表面紧密接触。
更具体地,以上所述的一种线性调频超声波激励的红外热波无损检测方法,所述的步骤S2中,通过焦平面红外热像仪的触发控制可实现积分时间及采样频率设置。
更具体地,以上所述的一种线性调频超声波激励的红外热波无损检测方法,所述的步骤S3中,采用相关算法(时域信号处理分析的常用算法)与希尔伯特变换算法对采集的表面热波信号进行处理,提取表面热波信号的时频域特征信息,以灰度图的形式显示特征信息图像。
一种线性调频超声波激励的红外热波无损检测系统,包括超声波激励装置、超声波发生器与功率放大器、信号发生器、焦平面红外热像仪及计算机,其中:
所述超声波激励装置用以实现超声波激励头位置的调整,它包括超声波调整台、气管、气压表、气缸压紧装置、超声波激励头固定架及超声波激励头,气缸压紧装置与超声波激励头相连接,并一同固定在超声波激励头固定架上,超声波激励头固定架放置在超声波调整台的水平支撑杆上,可实现3个转动与2个移动运动,通过气压表控制气压,并由气管连接到气缸压紧装置,通过气缸压紧装置使超声波激励头与检测样件紧密接触。所述超声波调整台包括工作台、样件夹紧装置、垂直立柱、垂直丝杠、垂直方向锁紧装置、水平立柱、水平丝杠及水平方向锁紧装置,样件夹紧装置和垂直立柱固定在工作台上,水平立柱与垂直立柱相连,垂直丝杠与垂直方向锁紧装置控制水平立柱沿垂直立柱的移动与绕垂直立柱的旋转,水平丝杠与水平方向锁紧装置控制超声波激励头沿水平立柱的移动与绕水平立柱的旋转。
所述超声波发生器与功率放大器用以驱动超声波激励头产生超声波振动;
所述信号发生器用以产生线性调频信号;
所述焦平面红外热像仪用以采集被测试样的表面热图序列;
所述计算机用以控制焦平面红外热像仪采集被测试样表面热波信号,对采集得到的红外图像序列进行相应的处理,提取热波信号的时频域特征信息,并形成特征图像确定缺陷的形状、尺寸与位置等信息;
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