[发明专利]一种基于SH导波的温度应力在线监测系统及其监测方法

说明书

本发明公开了一种基于SH导波的温度应力在线监测系统及其监测方法。本发明采用水平剪切导波来进行温度应力监测，该种导波对应力的敏感性高，完全非频散的特性有利于高精度的信号时差计算，相比于频散的兰姆波拥有更高的测量精度；剪切型的压电换能器制作方便且体积小，与非接触的电磁超声换能器相比能量转换效率高，信噪比大，能够粘贴到待测试件上，消除了传统的耦合剂的造成测量误差；采用了导波监测和应变电测相结合的方法，消除了粘接方式带来的传播距离变化的影响，进一步提高了测量精度；本发明设计完备，测量精度高，很适合用于实时在线的温度应力监测。

技术领域

本发明涉及超声无损检测技术领域，具体涉及一种基于超声导波的温度应力在线监测系统及其监测方法。

背景技术

在高速铁路中，无缝线路的使用能够大幅减缓轮轨冲击，降低设备损耗，提高乘坐的舒适性，然而由于轨缝的消除，钢轨在长度方向不能自由伸缩，温度变化时钢轨内部会产生巨大的温度应力，带来轨道屈曲甚至断裂的风险。在大型建筑工程中，水泥混凝土材料会随着环境温度的改变发生体积膨胀，由此产生的温度应力对主体安全影响也不可忽视。因此，在实际工程应用中对结构件进行实时在线的温度应力监测十分重要。传统的应力测量方法包括应变电测法、巴克豪森磁性法、X射线衍射法、超声法，其中超声法凭借其穿透能力强，方向性好、检测方式简单等优点被广泛使用。超声法的基本原理是声弹性效应，即通过弹性介质中的波速变化量和应力之间的线性关系来进行应力测量。由于常见金属材料的声弹性效应比较弱，因此应力测量准确性十分依赖于高精度的波速测量。

传统用于应力检测的超声波为临界折射纵波(LCR)，因为这种体波的波速对应力的敏感性最高。然而，临界折射纵波的激励装置是通过压电换能器的厚度振动模式产生纵波，再根据斯涅耳折射，经过锲形块以第一临界角斜射到待测试件中，这种组合结构只能封装成探头，使用耦合剂来传递弹性波进行应力测量，无法对试件进行实时、在线的应力监测，并且耦合剂的厚度无法精确控制并且可能会随温度和湿度等环境条件发生显著变化，因此所测量的应力值往往会存在较大的误差。至于非接触式的电磁超声探头可以消除耦合剂的影响，又因为其功耗较高，能量转换效率低，设备体积大等特点并不适用于长期在线监测。

发明内容

针对以上温度应力在线监测的难点，本发明提出了一种基于水平剪切导波的温度应力在线监测系统及其监测方法，采用剪切型的压电换能器发射并接收水平剪切(shearhorizontal,SH)导波对温度应力进行在线监测。

本发明的一个目的在于提出一种基于水平剪切导波的温度应力在线监测系统。

待测试件处于受约束状态，由于温度变化从而产生温度应力，待测试件的温度应力的方向即受约束方向，如钢轨被两端的夹头和螺丝约束，工程结构中的建筑物中的混凝土块被建筑物中的其他结构约束。