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专利名称：一种金属薄板的电磁声发射无损检测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明的技术方案涉及利用声波发射技术测试金属材料，具体地说是ー种金属薄板的电磁声发射无损检测方法及其装置。
背景技术：
电磁检测是利用材料在电磁作用下呈现出来的电学、磁学性质或材料响应特性(如振动特性、应カ集中特性或声发射特性)来判断材料有关性能和缺陷的实验方法，可以实现对材料缺陷的非接触无损检测，具有灵敏度高和检测速度快等优点，已被广泛地应用于制造业、航天航空、石油化工和其他各个エ业领域。现有技术中基于电磁检测原理对材料缺陷检测的方法主要有常规涡流检测方法、远场涡流检测方法、磁记忆检测方法、漏磁检测方法、低频电磁场检测方法、微波检测方法和电位检测方法，这些方法有ー个共同的不足之 处是，其所检测到的是材料缺陷的静态特性，无法得到材料缺陷的活动状态信息。另ー方面，材料缺陷的声发射检测技术以其高灵敏性和动态监测特性为业界熟知，但现有声发射检测技术一直存在很难从整体信号中提取材料局部缺陷微弱信号的难题，对于实际的エ业应用而言，这极大地限制了声发射检测技术的可信度和应用范围。如何将电磁检测技术和声发射技术相结合，以在保持声发射技术优点的前提下降低信号处理的难度和复杂度，以适于实际的エ业应用，成为ー个重要的研究方向。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供ー种金属薄板的电磁声发射无损检测方法及其装置，是ー种基于涡流激励声发射的金属薄板的电磁无损检测方法及其装置，克服了现有电磁检测方法无法检测得到材料缺陷的活动状态信息的不足和现有声发射检测技术存在的很难从整体信号中提取材料局部缺陷微弱信号的难题。本发明解决该技术问题所采用的技术方案是ー种金属薄板的电磁声发射无损检测方法，是ー种基于涡流激励声发射的金属薄板的电磁无损检测方法，其步骤是将脉冲涡流加载到待检测的金属薄板上，若待检测的金属薄板存在裂纹，会被激发出声发射信号，检测采集该声发射信号，传送声发射信号，将检测到的声发射信号放大，输送放大的信号，进行数据采集与处理并得出结果；具体操作是，将涡流发生器中的激励线圈放置在待检测金属薄板的待检测区域，再将四个压电换能器SI、S2、S3和S4按菱形的四个顶点位置安放于该待检测金属薄板上，每个压电换能器分别通过信号线连接到前置放大器，该前置放大器再用同轴电缆连接至PC机；开始检测时，让涡流发生器中的信号产生器输出控制信号，该控制信号输入到涡流发生器中的接190V直流电源的功率放大器，该功率放大器产生与控制信号同频和等周期数及电压为190V的脉冲电压，该脉冲电压被加载到涡流发生器中由谐振电容和激励线圈组成的回路上，由此在待检测金属薄板上产生同频涡流，若待检测金属薄板存在裂纹型缺陷，会被激发出声发射信号，该声发射信号被四个压电传感器SpS2、S3和S4检测采集并通过信号线输入至前置放大器，再由该前置放大器放大并输入至PC机，该PC机根据所采集到的声发射信号进行ニ维时差定位，从而定位检测出该待检测金属薄板存在的裂纹型缺陷。上述ー种金属薄板的电磁声发射无损检测方法，所述控制信号是I周、电压为8V的方波信号；频率为谐振电容和激励线圈组成的回路的谐振频率f"(100% ±10% )。上述ー种金属薄板的电磁声发射无损检测方法，所述PC机根据所采集到的声发射信号进行ニ维时差定位，其计算步骤是PC机根据输入的待检测金属薄板发出的声发射声波的波速V，又根据四个压电换能器Si、S2, S3和S4的坐标，计算出压电换能器S1的探头和压电换能器S2的探头间距为a，压电换能器S3的探头和压电换能器S4的探头的间距为b，再根据四个压电传感器S1、S2、S3和S4采集到的声发射信号先后顺序，确定压电换能器S1和压电换能器S3间采集到声发射信号的时差△ t1;以及压电换能器S2和压电换能器S4间 采集到声发射信号的时差At2，进而根据下面的时差定位计算公式(I)和(2)得到声发射源，即裂纹尖端位置的坐标
权利要求
1.一种金属薄板的电磁声发射无损检测方法，其特征在于是一种基于脉冲涡流激励声发射的金属薄板的电磁无损检测方法，其步骤是将脉冲涡流加载到待检测的金属薄板上，若待检测的金属薄板存在裂纹，会被激发出声发射信号，检测采集该声发射信号，传送声发射信号，将检测到的声发射信号放大，输送放大的信号，进行数据采集与处理并得出结果；具体操作是，将涡流发生器中的激励线圈放置在待检测金属薄板的待检测区域，再将四个压电换能器SI、S2、S3和S4按菱形的四个顶点位置安放于该待检测金属薄板上，每个压电换能器分别通过信号线连接到前置放大器，该前置放大器再用同轴电缆连接至PC机；开始检测时，让涡流发生器中的信号产生器输出控制信号，该控制信号输入到涡流发生器中的接190V直流电源的功率放大器，该功率放大器产生与控制信号同频和等周期数及电压为190V的脉冲电压，该脉冲电压被加载到涡流发生器中由谐振电容和激励线圈组成的回路上，由此在待检测金属薄板上产生同频涡流，若待检测金属薄板存在裂纹型缺陷，会被激发出声发射信号，该声发射信号被四个压电传感器SpS2、S3和S4检测采集并通过信号线输入至前置放大器，再由该前置放大器放大并输入至PC机，该PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，从而定位检测出该待检测金属薄板存在的裂纹型缺陷。
2.根据权利要求I所述一种金属薄板的电磁声发射无损检测方法，其特征在于所述控制信号是I周、电压为8V的方波信号；频率为谐振电容和激励线圈组成的回路的谐振频率 f*(100% ±10% )
3.根据权利要求I所述一种金属薄板的电磁声发射无损检测方法，其特征在于所述PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，其计算步骤是PC机根据输入的待检测金属薄板发出的声发射声波的波速V，又根据四个压电换能器51、&、&和S4的坐标，计算出压电换能器S1的探头和压电换能器S2的探头间距为a，压电换能器S3的探头和压电换能器S4的探头的间距为b，，再根据四个压电传感器Sp S2, S3和S4采集到的声发射信号先后顺序，确定压电换能器S1和压电换能器S3间采集到声发射信号的时差At1,以及压电换能器&和压电换能器S4间采集到声发射信号的时差At2，进而根据下面的时差定位计算公式(I)和(2)得到声发射源，即裂纹尖端位置的坐标
4.根据权利要求I所述一种金属薄板的电磁声发射无损检测方法，其特征在于所述PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位的程序的流程为分别输入待检测金属薄板发出的声发射声波的波速V和四个压电换能器SpS2、S3和S4的坐标一PC机根据四个压电换能器Si、S2、S3和S4的坐标，计算压电换能器S1的探头和压电换能器S3的探头间的距离a，计算压电换能器S2的探头和压电换能器S4的探头间的距离b — PC机根据采集到的声发射信号到达压电传感器的先后顺序，确定压电换能器S1和压电换能器S3间采集声发射信号的时差At1，以及压电换能器S2和压电换能器S4间采集声发射信号的时差At2 —PC机根据时差定位公式计算声发射源坐标，实现对待检测金属薄板裂纹型缺陷的定位。
5.权利要求I所述一种金属薄板的电磁声发射无损检测方法所用的装置，其特征在于是基于脉冲涡流激励声发射的金属薄板电磁无损检测装置，包括涡流发生器、四个压电换能器Si、S2、S3、S4、前置放大器和PC机。所述涡流发生器由信号产生器、功率放大器和激励线圈构成，其中功率放大器由MOSFET QU MOSFET Q2、二极管D1、二极管D2、一个变压器和一个谐振电容按下述电路连接构成M0SFET Ql的集电极接190V直流电正极和D2的负极，MOSFET Ql的发射极接二极管Dl的负极和变压器同向端1、M0SFET Ql的门极通过信号线接信号产生器的信号输出端1，MOSFET Q2的集电极接二极管D2的正极和变压器反向端LMOSFET Q2的发射极接190V直流电负极和Dl的正极，MOSFET Q2的门极通过信号线接信号产生器的信号输出端2，变压器反向端2接谐振电容一端，变压器同向端2接激励线圈一端，谐振电容另一端接激励线圈另一端由此组成回路；涡流发生器的激励线圈平放在待检测金属薄板的待检测区域，再将四个压电换能器SpS2、S3和S4分别按菱形的四个顶点位置安放于该待检测金属薄板上，四个压电换能器SpS2、S3和S4分别通过信号线连接到前置放大器，前置放大器用同轴电缆连接到PC机。
6.根据权利要求5所述一种金属薄板的电磁声发射无损检测方法所用的装置，其特征在于所述涡流发生器中的激励线圈为0. 3mm漆包线绕制的170匝、外径为I. 5cm、内径为.0.5cm和高为Icm的空心线圈。
全文摘要
本发明一种金属薄板的电磁声发射无损检测方法及其装置，涉及利用声波发射技术测试金属材料，检测方法的步骤是将涡流发生器产生的脉冲涡流加载到待检测的金属薄板上，若待检测的金属薄板存在裂纹，会被激发出声发射信号，该声发射信号被四个压电传感器检测采集并通过信号线输入前置放大器放大后再输入PC机，PC机根据所采集到的声发射信号进行二维时差定位，定位检测出待检测金属薄板存在的裂纹缺陷；所用装置包括涡流发生器、四个压电换能器、前置放大器和PC机。本发明克服了现有电磁检测方法无法检测得到材料缺陷活动状态信息的不足和现有声发射检测技术存在很难从整体信号中提取材料局部缺陷微弱信号的难题。
文档编号G01N27/90GK102661998SQ201210174789
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月30日 优先权日2012年5月30日
发明者张献, 李劲松, 李阳, 杨庆新, 金亮 申请人:天津工业大学