基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法和系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法和系统，应用于激光超声检测系统，包括：在待评价金属块的多个检测点进行激光超声检测，得到多个激光超声检测信号；获取待评价金属块的被测区域的平均厚度；对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号；对多个激光超声检测信号进行高斯拟合操作，分别得到多个第一中心频率、多个频率带宽和多个第二中心频率；基于多个第一中心频率、多个频率带宽、多个第二中心频率和平均厚度，反演计算待评价金属块的平均晶粒直径。本发明专利技术可实现等轴单相金属及合金组织关于平均晶粒直径的定量无损表征及评价，有效提高检测灵敏度和检测结果的可靠性。

Nondestructive Evaluation Method and System of Grain Size Based on Laser Ultrasound Center Frequency Shift

The invention provides a non-destructive grain size evaluation method and system based on laser ultrasonic center frequency offset, which is applied to laser ultrasonic detection system, including: laser ultrasonic detection at multiple detection points of metal blocks to be evaluated, obtaining multiple laser ultrasonic detection signals, obtaining the average thickness of the measured area of metal blocks to be evaluated, and carrying out laser ultrasonic detection signals. A number of primary and secondary laser ultrasonic signals are extracted, and Gauss fitting operation is performed on multiple laser ultrasonic detection signals to obtain multiple first center frequencies, multiple frequency bandwidths and multiple second center frequencies respectively. Based on multiple first center frequencies, multiple frequency bandwidths, multiple second center frequencies and average thickness, the inversion calculation to be evaluated is carried out. Average grain diameter of valence metal block. The present invention can realize the quantitative non-destructive characterization and evaluation of the average grain diameter of equiaxed single-phase metals and alloys, and effectively improve the detection sensitivity and reliability of the detection results.

【技术实现步骤摘要】
基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法和系统
本专利技术涉及超声无损检测与评价
，尤其是涉及一种基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法和系统。
技术介绍
晶粒尺寸是影响金属材料屈服强度、疲劳、蠕变等力学性能的重要参数。霍尔-佩奇(Hall-Petch)关系表明材料屈服强度与晶粒直径的平方根成反比，即晶粒细化可以提高金属材料的屈服强度。因此晶粒尺寸的快速有效检测是保证关键金属构件安全服役的重要保障。目前晶粒检测方法分为有损和无损检测两类，有损检测方法主要包括金相法和电子背散射衍射法，具有检测结果直观和检测精度较高的优点，但需要对金属构件进行破坏，检测效率低，且检测结果只能反映被检测二维平面的晶粒信息。与之相比，无损检测方法具有检测效率高、非破坏性等优点，受到国内外学者的广泛关注。无损检测方法按原理可以分为超声法和涡流法等。涡流法利用交变感应电流的集肤效应，对工件表面及近表面的晶粒尺寸进行检测，但检测结果的非线性误差较大。而超声法主要包括声速法、衰减法、背散射法等。其中声速法检测灵敏度较差；背散射方法受单散射假设的影响，粗晶材料测量精度较低；衰减法时域分析易受高频噪声的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法，其特征在于，应用于激光超声检测系统，包括：在待评价金属块的多个检测点进行激光超声检测，得到多个激光超声检测信号；所述激光超声检测信号包括以下任一项：激光透射波信号，激光底面反射波信号；获取所述待评价金属块的被测区域的平均厚度，其中，所述被测区域为所述待评价金属块中多个检测点所在区域；对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号，其中，一个激光超声检测信号对应一个一次激光超声波信号和一个二次激光超声波信号，所述一次激光超声波信号包括以下任一项：一次透射波信号，一次底面反射波信号，所述二次激光超声波信号包括...

【技术特征摘要】
1.一种基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法，其特征在于，应用于激光超声检测系统，包括：在待评价金属块的多个检测点进行激光超声检测，得到多个激光超声检测信号；所述激光超声检测信号包括以下任一项：激光透射波信号，激光底面反射波信号；获取所述待评价金属块的被测区域的平均厚度，其中，所述被测区域为所述待评价金属块中多个检测点所在区域；对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号，其中，一个激光超声检测信号对应一个一次激光超声波信号和一个二次激光超声波信号，所述一次激光超声波信号包括以下任一项：一次透射波信号，一次底面反射波信号，所述二次激光超声波信号包括以下任一项：二次透射波信号，二次底面反射波信号；对所述多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号利用高斯分布模型进行拟合操作，分别得到所述多个一次激光超声波信号的多个第一中心频率、多个频率带宽和所述多个二次激光超声波信号的多个第二中心频率；其中，一个一次激光超声波信号对应一个第一中心频率和一个频率带宽，一个二次激光超声波信号对应一个第二中心频率；基于所述多个第一中心频率、所述多个频率带宽、所述多个第二中心频率和所述平均厚度，反演计算所述待评价金属块的平均晶粒直径。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号，包括：获取目标截取窗口，其中，所述目标截取窗口包括：一次激光超声波信号截取窗口和/或二次激光超声波信号截取窗口；利用所述目标截取窗口，对各个所述激光超声检测信号进行提取操作，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述多个第一中心频率、所述多个频率带宽、所述多个第二中心频率和所述平均厚度，反演计算所述待评价金属块的平均晶粒直径，包括：依次计算所述第一中心频率中第一目标中心频率和所述第二中心频率中第二目标中心频率之间的比值，得到多个激光超声信号中心频率偏移量；所述第一目标中心频率和所述第二目标中心频率对应同一个激光超声检测信号；计算所述多个激光超声信号中心频率偏移量的均值，得到平均中心频率偏移量；以及计算所述多个频率带宽的平均值，得到平均频率宽度；基于所述平均中心频率偏移量、所述平均频率宽度和所述平均厚度，计算所述待评价金属块的超声衰减系数；其中所述超声衰减系数用于表征单位传播距离内超声能量衰减幅值与频率平方的线性比例关系；基于所述超声衰减系数，反演计算所述待评价金属块的平均晶粒直径。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述平均中心频率偏移量、所述平均频率宽度和所述平均厚度，计算所述待评价金属块的超声衰减系数，包括：利用关系方程求解所述待评价金属块的超声衰减系数，其中，为所述平均中心频率偏移量，为所述平均频率宽度，H为所述平均厚度，α0为所述超声衰减系数。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述超声衰减系数，反演计算所述待评价金属块的平均晶粒直径包括：获取与所述待评价金属块的材料性能相关的线性比例系数，所述线性比例系数用于表征超声衰减系数与平均晶粒直径的线性比例关系；基于所述线性比例系数，利用关系方程计算所述待评价...

【专利技术属性】
技术研发人员：白雪，赵扬，马健，宋江峰，陈建伟，郭锐，刘帅，南钢洋，
申请(专利权)人：山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37