[发明专利]一种微裂纹无损检测系统及其检测方法

说明书

本发明公开了一种微裂纹无损检测系统及其检测方法。本发明的微裂纹无损检测系统包括信号发生器、低频激振器、高频激励器、被测构件、压电传感器、前置放大器、信号采集分析系统；所述信号发生器通过低频激振器和高频激励器与被测构件电连接，所述压电传感器通过粘接剂固定在被测构件上，所述信号采集分析系统通过前置放大器与压电传感器电连接；所述信号发生器能同时输出两路不同频率的简谐激励信号。本发明利用裂纹结构在多频激励下的非线性调制效应来进行缺陷检测，根据得到的响应谱中边频数量和幅值，直接判断被测构件是否存在微裂纹及微裂纹损伤的程度，不需要经过复杂的信号处理，使用方便，检测灵敏，检测效率高。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种基于多频简谐激励下非线性调制响应效应的微裂纹无损检测系统及其检测方法。

背景技术

疲劳裂纹是结构损伤的主要方式之一，发展实时可靠的结构疲劳裂纹早期无损检测方法，以避免由于疲劳裂纹而引发的事故，具有重要意义。目前国内外学者已提出了很多结构裂纹无损检测方法，如声发射法，电涡流法，基于振动法和超声检测技术。

超声波作为一种重要的无损检测方法，当其在结构中传播时，引起材料本身的振动，被测材料的不连续性或不均匀性会改变超声波传播的属性，因此通过检测超声波在传播过程中的变化可以检测其传播路径上的结构损伤。工程上应用的超声检测技术大多是基于线性原理的，即当超声波遇到损伤时，发生反射、折射或者散射，通过检测这些信号幅值或相位的线性变化来检测损伤。当损伤尺寸较小或为闭合裂纹时，这些线性参数的变化不明显，因此常规线性超声方法无法可靠地检测这些缺陷。大量的理论分析和试验研究表明，即使是非常小的损伤也会导致结构出现强烈的非线性，因此对微小损伤，非线性超声方法比线性方法具有更高的检测灵敏度。而对闭合裂纹，通过外加激励改变裂纹交界面的接触状态，可以显著提高超声检测的灵敏度。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种基于多频简谐激励下非线性调制响应效应的微裂纹无损检测系统。

本发明的微裂纹无损检测系统，它包括信号发生器、低频激振器、高频激励器、被测构件、压电传感器、前置放大器、信号采集分析系统；所述信号发生器通过低频激振器和高频激励器与被测构件电连接，所述压电传感器通过粘接剂固定在被测构件上，所述信号采集分析系统通过前置放大器与压电传感器电连接；所述信号发生器能同时输出两路不同频率的简谐激励信号。

具体的，所述信号采集分析系统包括信号采集单元、信号放大单元和信号处理单元。

具体的，所述信号采集分析系统的通道数目为一个及以上。

本发明的目的之二在于提供基于上述微裂纹无损检测系统的检测方法，该方法包括如下步骤：

(1)被测构件重点待检测部位的确定：根据被测构件的结构及生产实践中的经验累积、生产技术人员的观察以及理论分析，确定被测构件的重点待检测部位；

(2)信号发生器输出激励信号频率的确定：根据被测构件的材料、体积大小、形状特性估算被测构件的固有频率范围，根据这个频率范围选择合适的输出激励信号频率；高频输出激励信号选择超过20kHz的超声波信号，低频输出激励信号频率选择接近固有频率，并且使两个激励信号频率的差或和值等于被测构件固有频率的倍数；

(3)压电传感器类型和布置方式的确定：根据信号发生器输出激励信号频率确定压电传感器需要监测的频率范围，根据这个范围选择合适的压电传感器；根据被测构件重点待检测部位和激励点的位置估计被测构件激励响应最大的部位，选为压电传感器的布置位置；

(4)利用信号发生器产生两组根据步骤(2)方法确定的低频和高频激励信号，经功率放大后分别输入到低频激振器和高频激励器上，并将低频激振器和高频激励器布置在被测构件重点待检测部位附近，对被测构件施加低频和高频激励；