[发明专利]一种基于线性功放的非线性超声导波检测系统及方法

说明书

本发明涉及一种基于线性功放的非线性超声导波检测系统及方法，所述系统包括可编程控制器、线性功放信号发生模块、低频超声换能器、高频超声换能器、信号采集模块和多路电源模块，其中，可编程控制器内运行有程序，执行：根据设置参数，生成相应的二进制数字信号，形成发送给线性功放信号发生模块的控制指令；对从信号采集模块获取的数字导波信号进行解调还原，计算获得还原后的导波信号中携带的材料非线性参数，基于该材料非线性参数获得待测材料的使用寿命评价结果；可编程控制器、线性功放信号发生模块、信号采集模块和多路电源模块集成于一体。与现有技术相比，本发明具有集成度高、控制方便等优点。

技术领域

本发明属于工业无损检测领域，尤其是涉及一种基于线性功放的非线性超声导波检测系统及方法。

背景技术

超声波在工业检测中应用广泛，例如对材料的特性进行测量，包括材料的材质、损伤程度、寿命检测等。超声检测分为线性超声检测和非线性超声检测。线性超声检测采用的激励超声幅度相对较小，在线性范围内。非线性超声采用的激励幅度较大，能激励出材料在大应力条件下的非线性。超声检测指对测量到的超声信号提取超声参量，寻找超声参量与材料损伤的关系。材料损伤伴随着微裂纹的产生、传播与积累，微裂纹作为一种非线性因素会增强材料的非线性效应，非线性超声即在非线弹性范围内研究超声参量与材料损伤的关系。

现有的非线性超声系统是采用线性功放、信号发生器、衰减器、示波器等分立的仪器设备搭建而成，设备体积庞大、连接复杂、价格昂贵、控制不方便。因此，研发一台一体化、可软件控制的非线性超声测量仪器具有现实的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种集成度高、控制方便的基于线性功放的非线性超声导波检测系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于线性功放的非线性超声导波检测系统，包括可编程控制器、线性功放信号发生模块、低频超声换能器、高频超声换能器、信号采集模块和多路电源模块，所述低频超声换能器和高频超声换能器安装于待测材料上，所述线性功放信号发生模块与低频超声换能器连接，所述信号采集模块与高频超声换能器连接，所述可编程控制器分别连接线性功放信号发生模块和信号采集模块，所述多路电源模块实现系统供电，其中，

所述可编程控制器内运行有程序，执行：

根据设置参数，生成相应的二进制数字信号，形成发送给线性功放信号发生模块的控制指令；

对从所述信号采集模块获取的数字导波信号进行解调还原，计算获得还原后的导波信号中携带的材料非线性参数，基于该材料非线性参数获得待测材料的使用寿命评价结果；

所述可编程控制器、线性功放信号发生模块、信号采集模块和多路电源模块集成于一体。

进一步地，所述使用寿命评价结果的获取过程包括：

对所述还原后的导波信号进行数字滤波，对滤波后的导波信号进行快速傅里叶变换得到幅度谱，并计算谐波幅度与基波幅度平方的比，获得材料非线性参数，根据材料非线性参数与标准数据库的对比，获得待测材料的使用寿命评价结果。

进一步地，所述设置参数包括换能器中心频率、发射信号周期数和发射窗函数。

进一步地，所述线性功放信号发生模块包括依次连接的信号发生器、线性功率放大器和低通滤波器，所述信号发生器与可编程控制器连接，所述低通滤波器与低频超声换能器连接。

信号发生器发出的模拟信号通过线性功率放大器放大后，再通过低通滤波器滤除高频成分，最终作用在低频超声换能器上，激发产生超声波。

超声波在待测材料中传播产生超声导波信号，并携带着由于材料内部缺陷和疲劳导致的非线性效应。

进一步地，所述信号发生器为基于巴克码编码或格雷码编码的信号发生器。