[发明专利]一种基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统及方法

权利要求书

1.一种基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统，其特征在于，所述系统包括带有待测裂纹的样品(4)、超声激发装置(1)、加热装置(2)、超声探测装置(3)、信号采集装置(5)、运动装置(6)以及控制装置(7)；

所述超声激发装置(1)，用于作为带有待测裂纹的样品(4)的超声信号激发源；

所述加热装置(2)，用于加热所述样品(4)上的待测裂纹，产生热应力以使裂纹闭合；

所述超声探测装置(3)，用于接收超声信号；

所述信号采集装置(5)，用于采集超声信号并传输至控制装置(7)；

所述运动装置(6)，用于带动所述加热装置(2)在待测裂纹上的加热点和待测裂纹同步运动；

所述控制装置(7)，用于调节所述加热装置(2)的加热功率以及控制运动装置(6)运动，还用于根据裂纹闭合产生的位移与加热功率的对应关系，求取样品(4)上待测裂纹的开口宽度；

所述超声激发装置(1)辐照至样品(4)表面的激发点、加热装置(2)辐照至待测裂纹上的加热点以及超声探测装置(3)进行超声探测的探测点位于同一直线，且该直线与所述待测裂纹的走向垂直。

2.根据权利要求1所述的基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统，其特征在于，所述加热装置(2)具体采用连续激光器。

3.根据权利要求2所述的基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统，其特征在于，所述系统还包括反射装置，该装置与样品(4)均设置在运动装置(6)上，所述连续激光器的出射光经所述反射装置反射后照射于所述样品(4)上的待测裂纹。

4.根据权利要求3所述的基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统，其特征在于，所述连续激光器的出射光在待测裂纹上形成的光斑的中心，与待测裂纹沿裂纹宽度方向的中心重合。

5.根据权利要求1所述的基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统，其特征在于，所述超声激发装置(1)采用脉冲激光器，其发出的脉冲激光聚焦成点光源辐照在所述样品(4)的表面，激发超声。

6.根据权利要求1所述的基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统，其特征在于，所述超声探测装置(3)采用连续激光器或声换能器。

7.基于权利要求1至6任意一项所述的基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统的检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，确定加热装置(2)在待测裂纹上的加热区域；

步骤2，调节超声激发装置(1)辐照至带有待测裂纹的样品(4)表面的激发点、加热装置(2)辐照至待测裂纹上的加热点以及超声探测装置(3)进行超声探测的探测点位于同一直线，且该直线与所述待测裂纹的走向垂直，之后固定超声激发装置(1)和超声探测装置(3)；

步骤3，由运动装置(6)带动所述加热装置(2)在待测裂纹上的加热点和待测裂纹沿所述待测裂纹的走向同步运动，使超声激发装置(1)和超声探测装置(3)从所述加热区域的一侧移动至另一侧，由信号采集装置(5)采集超声信号并传输至控制装置(7)；

步骤4，设置加热装置(2)的初始加热功率；

步骤5，开启加热装置(2)，加热待测裂纹以通过热应力使裂纹闭合，达到热平衡状态后，按照步骤3的过程实现一次扫描和信号采集；关闭加热装置(2)使待测裂纹恢复室温下的平衡状态，之后再次按照步骤3的过程实现一次扫描和信号采集；

步骤6，预设步长序列，依次按照该序列中的每一个步长逐步增大加热功率，并重复执行步骤5；

步骤7，获取经上述过程后使得处于扫描区域内的待测裂纹完全闭合时即超声信号饱和时加热装置(2)的加热功率；

步骤8，根据裂纹闭合产生的位移与加热功率的对应关系，结合步骤7中的所述加热功率，利用控制装置(7)求取所述扫描区域内的待测裂纹完全闭合时产生的位移，即扫描区域内待测裂纹的开口宽度。

8.根据权利要求7所述的基于激光超声的裂纹开口宽度检测方法，其特征在于，所述方法还包括在步骤7之前执行：提取每一次扫描中超声信号的峰峰值。