[发明专利]一种应用于临界折射纵波应力检测的声时差测量方法

说明书

本发明公开一种应用于临界折射纵波应力检测的声时差测量方法。该方法包括：将有机玻璃楔块、发射换能器、接收换能器固定在涂有耦合剂的被测试样表面上，设置示波器的增益参数，当示波器接收信号幅值稳定时，将试样应力为零时，示波器最先接收到的临界折射纵波信号作为基准信号；将试样应力不为零时，示波器最先接收到的临界折射纵波信号作为检测信号，将基准信号、检测信号传输到信号分析系统中；采集激励信号与最先接收到的临界折射纵波信号之间的信号，将其传输到信号分析系统中，得到噪声的最大幅值，将其作为阈值；对基准信号、检测信号进行线性插值，求得基准信号、测量信号幅值上升部分与阈值的交点，两交点对应的时刻差值即为声时差。

技术领域

本发明涉及测量领域，特别涉及一种应用于临界折射纵波应力检测的声时差测量方法。

背景技术

应力的存在直接影响金属零件的安全性和使用寿命，当零件内部应力较大时，会出现开裂、变形等缺陷，影响零件的正常使用。因此，对零件应力进行无损检测非常关键。

超声波应力检测是最具有发展前途的方法之一，与传统应力检测方法(盲孔法、切槽法、X射线衍射法以及磁测法)相比，具有检测成本低、设备轻便，对人体无害，现场使用方便等特点，利用超声波检测应力，最主要的方法是声速测量法。

超声波在固体介质中的传播有多种类型，根据传播介质中质点的振动方向和声波传播方向是否一致，超声波的波形可以分为纵波、横波、表面波和兰姆波，其中纵波对应力变化最敏感。依据声弹性理论，材料中的应力会影响超声波的传播速度，相对于应力为零时超声波的传播速度，当应力方向与纵波传播方向一致时，拉应力使超声纵波速度变慢，压应力使超声纵波传播速度加快。应力作用下超声波的传播速度变化量非常小，一般情况下难以测量，最常用的办法是测量固定距离内超声波传播时间的变化量(声时差)，通过声时差与应力的线性关系来确定应力大小。由此可见，声时差的测量精度直接影响超声波应力检测结果的可靠性。

超声波应力检测中探头发射的激励信号为周期信号，目前，声时差测量方法主要包括互相关法、峰值法以及零点法。互相关法是将两列存在一定延时的周期信号进行相关分析，当互相关函数取得最大值时，所对应的时间即为延时时间。采样信号的长度及被测件厚度会对互相关算法精度产生很大的影响，当采样信号长度小于一周期时，互相关算法误差较大，当被测件厚度较薄时，接收换能器接收到的信号波形会失真。峰值法是将两列具有一定延时的周期信号波峰极值点时刻进行比较，两信号波峰极值点时刻的差值即为声时差。零点法是将两列具有一定延时的周期信号波形相同位置处过零点时刻进行比较，两信号过零点时刻的差值即为声时差。峰值法、零点法精度受噪声影响较大，并且对信号采集仪器的精度要求较高。

解决上述问题，国内外有关的研究人员大多采用先进检测仪器的方法，由于超声波应力检测过程中，零部件应力引起的声时差变化通常为纳秒级，所以使用采样率精确到纳秒的高端示波器，可以提高声时差的测量精度。

采用高端示波器虽然可以提高声时差的测量精度，但由于其价格昂贵以及设备对环境要求高等因素，很难在实际应用中得到推广普及。

发明内容

本发明提供了一种应用于临界折射纵波应力检测的声时差测量方法，采用易于搭建、经济实用、可现场检测的超声波检测系统，使用采样频率仅为100M/s的示波器，利用本发明提供的方法可对声时差进行精确测量，相比于国内外同行采用互相关算法、峰值法以及零点法测量声时差，本发明提供的方法测量声时差误差显著降低。

为了实现上述目的，本发明提供了一种应用于超声波应力检测技术的声时差精确测量方法，检测装置包括有发射换能器(1)、有机玻璃楔块(2)、接收换能器(3)、超声波发生器(4)、数字示波器(5)、数据采集模块(6)、计算机(7)以及信号分析系统(8)，该方法包括：

步骤1)、准备两个相同的金属材料试样，分别标记为基准试样和待测试样，对基准试样进行去应力退火处理；