[发明专利]一种基于共线混频技术的空气耦合超声应力检测系统及其检测方法

权利要求书

1.一种基于共线混频技术的空气耦合超声应力检测方法，所述方法基于一种基于共线混频技术的空气耦合超声应力检测系统，所述系统包括：超声非线性测试系统、示波器、负载、低通滤波器、激励空耦换能器、接收空耦换能器、放大器和计算机；

所述超声非线性测试系统连接计算机，所述示波器连接超声非线性测试系统，对波形进行显示，所述超声非线性测试系统设有激励端和接收端，所述超声非线性测试系统的激励端连接负载，所述负载连接低通滤波器，所述低通滤波器连接激励空耦换能器；

所述所述超声非线性测试系统的接收端连接放大器，所述放大器连接接收空耦换能器；

激励空耦换能器和接收空耦换能器间放置于待测件两侧，对待测件进行检测；其特征是：包括以下步骤：

步骤1：根据差频分量及和频分量随激励信号频率的变化，获取最佳信号激励频率、差频非线性系数及和频非线性系数；

所述步骤1具体为：

步骤1.1：利用超外差接收功能，由差频分量及和频分量随激励信号频率的变化情况，筛选出最佳混频检测参数f₁和f₂；当每个频率信号的幅值是已知的，基于混频的超声非线性系数的进行计算：

其中，k₁和k₂是两激励信号的波数，x是两激励信号的传播距离，A(f₂-f₁)和A(f₁+f₂)为差频信号和和频信号的幅值，A(f₁)和A(f₂)为两激励信号基波频率的幅值；

通过下式确定相对混频非线性系数：

其中，差频相对非线性系数β_-与和频相对非线性系数β₊均可表征材料的非线性特性；

步骤2：基于数据融合，确定综合系数因子实现应力定量表征；

所述步骤2具体为：

差频非线性系数与和频非线性系数不相等，即差频非线性系数与和频非线性系数对材料应力的敏感程度不同，根据数据融合，确定综合系数因子：

θ＝λβ_-+δβ₊

式中，θ为综合系数因子；

利用拉伸实验对相同材料的拉伸件以步长进行应力施加，分别得到不同应力下的综合系数因子大小，获得N组数据(θ_i,σ_i)，i＝1,2,3…N；

通过最小二乘线性拟合得到应力与综合系数因子的关系式，通过下式表示关系式：

σ＝kθ+b

其中，k和b分别是通过最小二乘线性拟合得到直线的斜率与截距；

步骤3：对待测件进行非线性超声混频空耦超声检测，得到待测件的应力，实现对待测件的应力定量表征。

2.根据权利要求1所述的一种基于共线混频技术的空气耦合超声应力检测方法，其特征是：当λ与δ之比为当应力大小变化相同时，差频非线性系数的变化量与和频非线性系数的变化量的比值。

3.根据权利要求2所述的一种基于共线混频技术的空气耦合超声应力检测方法，其特征是：比值根据多组数据的实验结果取平均值，令λ与δ之和为1。

4.根据权利要求3所述的一种基于共线混频技术的空气耦合超声应力检测方法，其特征是：所述步骤3具体为：

对待测件进行非线性超声混频空耦超声检测，通过对接受信号进行频谱分析差频相对非线性系数β_-以及和频对相对非线性系数β₊，获取综合系统因子θ，根据应力与综合系数因子的关系式，得到待测件的应力，实现对待测件的应力定量表征。