[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

说明书

本发明公开了一种基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统及方法，系统包括超声激发装置，用于作为带有待测裂纹的样品的超声信号激发源；加热装置，用于加热样品上的待测裂纹，产生热应力以使裂纹闭合；超声探测装置，用于接收超声信号；信号采集装置，用于采集超声信号并传输至控制装置；运动装置，用于带动加热装置在待测裂纹上的加热点和待测裂纹同步运动；控制装置，用于调节加热装置的加热功率以及控制运动装置运动，还用于根据裂纹闭合产生的位移与加热功率的对应关系，求取样品上待测裂纹的开口宽度。本发明不仅能够实现对疲劳裂纹在施加载荷时开口宽度的检测，而且整个检测过程无损，不会影响被测样品，整体检测效率高，精度高。

技术领域

本发明属于材料无损检测技术领域，具体涉及激光超声检测技术领域，特别涉及一种基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统及方法。

背景技术

激光超声技术是一种材料无损检测技术，它具有非接触、宽频带、多模态激发以及激发和探测光源便于移动等特点，适用于对复杂构件和大型构件的检测，并适用于高温、高压、高酸碱及辐射等恶劣环境下。书刊[魏坤霞.无损检测技术[M].中国石化出版社，2016.]中介绍，目前常用的激光超声检测方法采用激光束作为激励，在被测材料中激发超声波信号，使用压电换能器或测振仪等方法接收信号。

裂纹检测是无损检测的一个重要方面，激光超声裂纹检测技术是裂纹检测方向的新兴研究热点。书刊[沈中华，袁玲，张宏超，等.固体中的激光超声[M].第1版.北京:人民邮电出版社，2015.]中介绍，线性激光超声裂纹检测方法通过探测超声波与裂纹作用产生的反射和散射信号来确定裂纹的存在，然而若裂纹的开口宽度进一步减小，表面波将直接穿过裂纹而不发生反射与散射，则其无法对这类微裂纹进行有效的检测。非线性激光超声裂纹检测方法利用裂纹闭合状态的变化以及由此引起的各种非线性声学现象对开口宽度很小的真实微裂纹进行检测，相比于传统的线性激光超声检测方法，其突出的优点是可以大幅度地改善和提高对真实微裂纹的检测灵敏度。

利用非线性的激光超声方法也能对在施加载荷情况下裂纹闭合所发生的改变进行检测。中国专利201110185407.2公开了一种固体材料表面疲劳裂纹的无损检测方法。在扫查光源的每步扫查过程中，通过检测激发光源激发的声表面波信号在激光加热以及冷却两种情况下的变化，以实现微裂纹的检测。之前也有学者[吕锦超,沈中华,倪辰荫.光致裂纹闭合及改变的激光超声监测[J].无损检测，2017,39(6):19-23.]在黑玻璃样品上通过对透射情况下表面波和模式转换信号的检测，研究了光致裂纹闭合过程中裂纹的改变。该方案可对在施加载荷情况下裂纹闭合所发生的改变进行检测，并且过程简便，但仍然存在以下不足：采集系统中的数据偶然性大，而且难以实现对裂纹开口宽度的检测。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术存在的不足，提供一种基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统及方法。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于激光超声的裂纹开口宽度检测系统，所述系统包括带有待测裂纹的样品、超声激发装置、加热装置、超声探测装置、信号采集装置、运动装置以及控制装置；

所述超声激发装置，用于作为带有待测裂纹的样品的超声信号激发源；

所述加热装置，用于加热所述样品上的待测裂纹，产生热应力以使裂纹闭合；

所述超声探测装置，用于接收超声信号；

所述信号采集装置，用于采集超声信号并传输至控制装置；

所述运动装置，用于带动所述加热装置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，用于调节所述加热装置的加热功率以及控制运动装置运动，还用于根据裂纹闭合产生的位移与加热功率的对应关系，求取样品上待测裂纹的开口宽度；