[发明专利]尖轨轨腰螺栓孔疲劳裂纹非线性表面波检测装置及方法有效
申请号: | 202111111686.8 | 申请日: | 2021-09-18 |
公开(公告)号: | CN113655124B | 公开(公告)日: | 2022-06-10 |
发明(设计)人: | 翟国富;胡松涛;李策;李永虔 | 申请(专利权)人: | 哈尔滨工业大学 |
主分类号: | G01N29/04 | 分类号: | G01N29/04;G01N29/34;G01N29/44 |
代理公司: | 哈尔滨龙科专利代理有限公司 23206 | 代理人: | 李智慧 |
地址: | 150001 黑龙*** | 国省代码: | 黑龙江;23 |
权利要求书: | 查看更多 | 说明书: | 查看更多 |
摘要: | |||
搜索关键词: | 尖轨轨腰 螺栓 疲劳 裂纹 非线性 表面波 检测 装置 方法 | ||
1.一种尖轨轨腰螺栓孔疲劳裂纹的非线性表面波检测方法,其特征在于:
所述方法使用的装置包括信号发生器、非线性高能超声测试系统、激励EMAT阵列、接收EMAT、机械臂、计算机,其中:
所述信号发生器用于产生正弦脉冲串电流;
所述激励EMAT阵列由多个表面波EMAT组成,多个表面波EMAT以线阵列的方式沿尖轨轨腰排列,表面波EMAT基于洛伦兹力机理实现尖轨轨腰表面波的激励;
所述接收EMAT为单个表面波EMAT,基于洛伦兹力机理实现尖轨轨腰表面波的接收;
所述表面波EMAT由永磁体和柔性曲折线圈组成,永磁体放置在柔性曲折线圈上方,产生垂直于尖轨轨腰表面的静磁场;
所述机械臂用于移动激励EMAT阵列,使激励EMAT阵列以固定步长沿尖轨轨腰长度方向移动;接收EMAT位置不变,采集激励EMAT阵列在不同位置的表面波检测信号;
所述非线性高能超声测试系统用于将正弦脉冲串电流放大,为激励EMAT阵列提供高能射频脉冲信号,并将接收的表面波检测信号进行滤波放大,并转换为数字信号输入计算机中;
所述计算机用于表面波检测信号的显示与记录,通过同步提取变换和B扫成像算法,以B扫成像的方式直观显示尖轨轨腰螺栓孔早期疲劳裂纹;
所述方法包括如下步骤:
步骤(1) 永磁体放置在柔性曲折线圈上方,产生垂直于尖轨轨腰表面的静磁场,通过换能器外壳固定永磁体和柔性曲折线圈,同时使柔性曲折线圈紧贴尖轨轨腰表面;
步骤(2) 信号发生器产生正弦脉冲串电流,并通过非线性高能超声测试系统得到高能射频脉冲电流;
步骤(3) 在激励EMAT阵列的柔性曲折线圈内通入高能射频脉冲电流,使得尖轨轨腰表面产生脉冲电涡流,在静磁场作用下产生洛伦兹力,在洛伦兹力的作用下,尖轨轨腰的内部质点产生周期性振动,从而在尖轨轨腰激发出表面波;
步骤(4) 通过精准的时间延时,调整各表面波EMAT激励信号 的相位延迟,使各表面波EMAT激励的表面波进行叠加合成,叠加后的表面波,继续沿尖轨轨腰长度方向传播;
步骤(5) 当在尖轨轨腰传播的表面波遇到早期疲劳裂纹时,非线性效会使得尖轨轨腰中产生二次谐波,二次谐波和基波一起沿着尖轨轨腰继续传播,然后被接收EMAT采集,经过非线性高能超声测试系统输入计算机中,得到尖轨轨腰螺栓孔表面波检测信号;
步骤(6) 接收EMAT保持不动,通过机械臂以0.2~2mm为步长沿尖轨轨腰长度方向移动激励EMAT阵列,接收EMAT采集激励EMAT阵列在不同位置的表面波检测信号,共采集30~90组表面波检测信号;
步骤(7) 对表面波检测信号进行同步提取变换,得到表面波检测信号时频图;
步骤(8) 采用简单线性迭代聚类算法对时频图进行分割,将基波、二次谐波、噪声分割为不同的区域;
步骤(9) 找到二次谐波区域对应的时频系数矩阵,搜索对应区域范围的时频系数模极大值,并将时频系数模极大值作为区域生长的种子;
步骤(10) 根据所需信号的信噪比设置生长阈值,采用区域生长算法获得二次谐波完整的时频系数,使用同步提取逆变换重构二次谐波信号;
步骤(11) 将采集的30~90组表面波检测信号都按照上述步骤(7)~步骤(10)提取二次谐波,得到30~90组二次谐波信号,对30~90 组二次谐波信号进行B扫描成像,得到尖轨轨腰螺栓孔早期疲劳裂纹检测成像图,直观得到早期疲劳裂纹的位置信息及当量大小。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述柔性曲折线圈采用FPC技术制造,基板厚度为0.05~0.3mm。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述柔性曲折线圈下方设有耐磨层。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述表面波EMAT下方安装滚动轴承,表面波EMAT与尖轨轨腰之间存在0.5~2mm提离。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述二次谐波信号f(t)的重构公式如下:
式中,Re[·]为取实部,Te(t,r(t))为时频系数,r(t)为同步提取变换谱信号分量的瞬时频率轨迹,,g(t)为窗函数。
该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于哈尔滨工业大学,未经哈尔滨工业大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服】
本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/202111111686.8/1.html,转载请声明来源钻瓜专利网。
- 上一篇:一种用于镇压滚筒焊接的焊缝跟踪方法
- 下一篇:一种船舱底液位传感器安装结构