[发明专利]一种基于超声的内部热源强度大小和位置的无损测量方法

摘要

本发明提供了一种基于超声的内部热源强度大小和位置的无损测量方法，其特征在于：同时考虑超声在结构内部传播过程中的时延特性和边界上的温度变化，结合热传导反问题求解，用于无损、快速地测量结构内部随时间变化的热源的强度和位置。本发明不需要获取结构内部点的温度信息，简化了测量装置，操作简便；相比内部热源的红外检测技术，能够更有效地探测结构内部热源的强度和位置的状况，具有测量速度快、测量范围大等优点。

主权项

1.一种基于超声的内部热源强度大小和位置的无损测量方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤一：获取被测构件内超声传播速度V与不同温度条件下温度T的相关关系，拟合出V与T的关系式V(T)，其中，T为被测试件整体温度达到一致的条件下的温度值；步骤二：对被测构件进行加热，选定某一被测方向，设定其为x方向，L为被测试件沿被测方向的长度，L大于一个超声波波长；沿被测方向x方向从被测构件x＝0处的一端进行加热，直至被测试件所述x＝0处的加热端的温度高于测量的预定温度时，结束加热；在所述加热初始至结束的过程中，进行以下步骤三至步骤五，随后，基于步骤三至步骤五的结果，进行步骤六；步骤三：由超声波脉冲回波法，获得被测试件ti时刻的超声波传播测量时间ti,exp，即在步骤二所述加热初始至结束的过程中进行多次测量，下标i表示测量时间序数，i＝1,2,……,n，共测量n次；步骤四：基于步骤一的关系式V(T)，和步骤三的超声传播测量时间ti,exp，建立被测构件内部热源的热传导反问题目标函数为：式(1)中，x表示点热源的位置，即沿被测方向x方向被测点热源的坐标值；Q(x,t)为点热源的强度，其随时间t而变化；ti,cal为超声波传播计算时间，是将ti时刻对应的被测试件加热端的温度值T(ti)代入步骤二所得的相关关系式V(T)得到的V，再根据L与V计算得到的；ti,exp为步骤三中实际测量得到的ti时刻的超声波传播测量时间；所述热传导反问题目标函数的约束条件为:T(x,t),t＞0,x∈[0,L]             (3)式中，k(T)为被测构件材料的导热系数，为温度T的函数；Cp和ρ分别为被测构件材料的比热容和密度；T(x,t)表示所述加热初始至结束的过程中所述试件内部形成的温度梯度场中，沿被测方向x方向上一点的温度随时间t和坐标x的分布；T(x,t)|x＝0/x＝L为边界条件；步骤五：由红外测温方法或热电偶测温方法，获得T(x,t)|x＝0/x＝L的边界温度；步骤六：根据步骤五所得的温度边界条件T(x,t)|x＝0/x＝L，求解上述公式(1)和(2)，获得x和t，从而测出构件内部热源沿被测方向的强度和位置。