一种轴类结构类表面波非接触式波速提取的方法，属于无损检测技术领域。采用超声显微镜方法检测试件力学性能已经被广泛的应用于无损检测领域，表面波波速是材料力学性能超声测量的关键。由漏类表面波和直接反射波的干涉所形成的V(z)曲线包含材料微结构方面的许多信息，本发明专利技术基于散焦测量系统，利用宽频脉冲作为激励源，并接收包含多种频率成分的超声波，通过改进的傅里叶变换技术获得材料的V(z)曲线及其振荡周期，通过实验得到的不同频率下的散焦周期与理论值的拟合对比，进而反演出柱面轴类试件柱面表面波波速。本发明专利技术可对不同材料的类表面波波速进行提取；可在宽频范围内对类表面波波速进行提取，取代单频逐点的方式；可对不同频率段内的类表面波波速进行提取。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无损检测领域，具体涉及ー种轴类柱面表面波非接触式波速提取的方法。
技术介绍
轴类部件结构是ー种广泛应用的结构件。在工作过程中，由于摩擦、磨粒及腐蚀等原因，极易使轴局部出现磨损，导致其工作精度下降和机器寿命缩短，因此，轴类部件表面力学性能直接影响着在役结构部件的工作性能。表面工程技术有助于提高和改善试件表面的力学性能，如航空发动机轴颈、船舶尾轴、汽车曲轴及大型磨煤机、排风机等轴部件表面的抗磨损涂层和磨损尺寸的恢复涂层。采用超声显微技术通过检测块状或板状等平面类试件的表面波和纵波波速，进而测量试件力学性能的方法已被广泛应用，而柱面轴类部件由于其表面为柱面，表面波波速较之平面类试件检测难度増大，目前鲜见研究。但是，由于轴 类试件的特殊作用，在工作过程中对表面力学性能要求较高，因此，研究轴类部件柱面表面波波速检测方法，具有重要的学术意义。本文针对轴类试件柱面表面波波速的测量方法进行了理论推导和实验研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解轴类柱面表面波波速宽频连续提取的问题，提出一种先进的柱面材料波速提取方法。步骤I):确立波速提取的公式。采用线聚焦超声传感器，由于轴类的几何特性，决定了线聚焦探头检测时与探头的位置关系，如图I。平即探头聚焦线完全聚焦在轴的表面，可以充分利用圆柱形试件与探头几何形状上的关系进行測量。该平行检测方式可实现轴类试件柱面表面波波速測量，但表面波在柱面上传播与在平面上传播完全不同，需对同心圆检测方法測量原理重新进行推导。这里需要说明的是，由于水的负载效应，漏类表面波与类表面波的波速并不完全一致，但由于被测材料的密度远大于水的密度，两者之间的差异是可以忽略的。线聚焦探头聚焦时，焦线与轴类试件柱面的轴线相重合，测量时，探头垂直向下步进散焦。根据Snell定理可确定产生表面波的入射角，即瑞利角。权利要求1.一种轴类柱面表面波波速宽频连续提取的方法，其特征在于该方法按照如下步骤进行步骤I):波速提取的基本公式推导；在波速提取的过程中，依据超声波传输理论，可推导出如下公式进行波速的计算全文摘要，属于无损检测
采用超声显微镜方法检测试件力学性能已经被广泛的应用于无损检测领域，表面波波速是材料力学性能超声测量的关键。由漏类表面波和直接反射波的干涉所形成的V(z)曲线包含材料微结构方面的许多信息，本专利技术基于散焦测量系统，利用宽频脉冲作为激励源，并接收包含多种频率成分的超声波，通过改进的傅里叶变换技术获得材料的V(z)曲线及其振荡周期，通过实验得到的不同频率下的散焦周期与理论值的拟合对比，进而反演出柱面轴类试件柱面表面波波速。本专利技术可对不同材料的类表面波波速进行提取；可在宽频范围内对类表面波波速进行提取，取代单频逐点的方式；可对不同频率段内的类表面波波速进行提取。文档编号G01N29/07GK102830173SQ201210314168公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月29日 优先权日2012年8月29日专利技术者宋国荣, 高忠阳, 何存富, 吕炎, 吴斌 申请人:北京工业大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种轴类柱面表面波波速宽频连续提取的方法，其特征在于该方法按照如下步骤进行：步骤1）：波速提取的基本公式推导；在波速提取的过程中，依据超声波传输理论，可推导出如下公式进行波速的计算：t1=2[R-r-zsin(θR)[sin(sin-1[sin(θR)r(r-z)]-θR)]]VW+2r(sin-1[sin(θR)r(r-z)]-θR)VSt2=2(R-z)VWΔt=t1-t2=2{R-VS(r-z)VW[sin(sin-1(VWrVS(r-z))-sin-1(VWVS))]}Vw+2r[sin-1(VWrVS(r-z))-sin-1(VWVS)VW-2(R-z)VW其中：t1为超声波从发射、转换为表面波、到接收回波信号的传播时间；t2为超声波从发射到接收直接反射被接收的传播时间；Δt为直接反射回波与表面波回波的时间间隔；R为传感器的聚焦半径；r为被测试件的半径；z为探头下降的距离；θR为瑞丽角；VS为表面波波速；Vw为水的波速。步骤2）：搭建测试系统；该测试系统包括：试样（1）、水槽与水（2）、换能器（3）、移动平台（4）、脉冲激励/接收仪（5）、示波器（6）、GPIB总线（7）、PXI总控制系统（8）、移动伺服马达（9）、旋转轴（10）；其中，在移动平台（4）下面安装换能器（3），换能器（3）与脉冲激励/接收仪（5）相连，脉冲激励/接收仪（5）与示波器（6）相连，示波器（6）通过GPIB总线（7）与PXI总控制系统（8）相连，PXI总控制系统（8）与移动伺服马达（9）相连，同时PXI总控制系统（8）与旋转轴（10）相连；步骤3）：聚焦面数据采集；将被测试样置于换能器的聚焦面，使被测试样表面轴线与传感器聚焦线重合。脉冲激励/接收仪（5）在发出一个10？200MHz的脉冲后转换为接收状态，当接收到反射信号后，将信号传输进示波器（6），示波器的采样频率为fS，fS为0.5？5GHz，采样点数为Ns；经过示波器的低通滤波后，通过GPIB总线（7）存储进PXI总控制系统（8）；步骤4）：散焦测量；将换能器垂直向下移动一个距离Δz0，Δz0的取值范围为1？50μm，待移动完成后进行数 据采集，采样频率为fS，采样点数为Ns；采集结束后再将换能器垂直向下移动□z0进行数据采集，如此重复采集，共移动距离z，z的取值范围为2？20mm，得到M组电压数据；步骤5）：时域傅里叶变换；将所有数据沿散焦距离排列好，对测得的电压数据进行时域傅里叶变换；步骤6）：推导相位差公式；通过步骤1中的公式计算出，在相同频率下反射回波和漏表面波的相位差，其中，f为超声波的频率。随着散焦距离z逐渐变大，直接反射回波与漏表面波相位差为2π的整数倍时，即为直接反射回波与漏表面波干涉的一个震荡周期。步骤7）：波速提取；采用数值拟合的方式进行波速提取，将水中的超声波波速Vw，及每一个频率f所对应的假设表面波波速Vs带入步骤6）中所示公式，即可得到探头散焦距离与振荡周期关系。根据检测的震荡相位0点和该频率下假设的一组VS波速所计算的理论震荡相位0点进行对比，最方差的假设波速VS为检测波速。FDA00002073590400021.jpg,FDA00002073590400022.jpg,FDA00002073590400023.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：宋国荣，高忠阳，何存富，吕炎，吴斌，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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