Page 57 - 应用声学2019年第2期

第 38 卷 第 2 期 陈振华等： 微小层片型缺陷的超声非线性区域检测技术 203

持探头并置于检测试样的上下表面；通过调整夹片 高的抗干扰性能，接收的非线性超声波主要来源于
及其附加弹簧可调整探头位置并施加一恒定耦合 检测对象中超声波的非线性传播。
力以保证稳定的声耦合；夹片固定在三维移动支架
2.0
70 V
上，携带探头在检测试样上平稳移动提取试样各区 ኄʷ൓តᰎ
1.8 ኄ̄൓តᰎ 60V
域的检测信号。 1.6 50 V
̄൓ៈฉࣨϙ/10 -2 V 40 V
ᝠካ఻ 1.4 65 V
SNAP-RAM-5000 1.2 55 V
ᇨฉ٨
POWER OUT NO1 NO2 1.0 45 V
0.8 35 V
Ӝᦡႃ᫾ ࣜᤰ໚ฉ٨
5 10 15 20
ᛰѓ٨ ۳ฉࣨϙࣱவ/V 2
దູஊܸ٨
ᛰѓ٨
图 5 二次谐波幅值与基波幅值平方的关系
ଌஆଊ݀ Fig. 5 The relationship between the second har-
Ͱᤰ໚ฉ٨
ᜂೝតನ monic amplitude and the square of the fundamen-
ԧ࠱ଊ݀
tal amplitude
图 3 非线性超声检测系统框图 2.4 非线性超声区域检测法
Fig. 3 Block diagram of nonlinear ultrasound de- 实验通过如图 6所示的某一区域的非线性系数
tection system
的波动情况评价区域内微小缺陷情况。直径20 mm
的压电晶片置于边长 20 mm 的正方形检测区域中
ʼ፥ረүஃ౶ ʼ፥ረүஃ౶
并正好与区域边界相切 (图 6(a))；直径 15 mm 的窄
ुዔᜉᎶ
ुዔᜉᎶ ԧ࠱ଊ݀ ݃ྟ 带接收探头轮换布置于检测区域的四个角 (与两邻
݃ྟ ଊ݀
តನ 边相切) 及区域中心采集信号，各位置按绿、红、黄、
តನԼ
តನ 蓝、黑圆环标示为N1∼N5 (图6(b))。为进一步避免
ଌஆଊ݀
偶然因素对实验的影响，按上述方法重复检测一次，
តನԼ 共采集10个检测信号。
(a) ˟᜽ڏ (b) ο᜽ڏ
N2
N3
图 4 专用探头夹具
Fig. 4 Special probe fixture 20 mm 20 mm φ15 mm

2.3 检测系统测试 N1 N5 N4
20 mm 20 mm
由于非线性超声检测信号非常微弱，检测实验
(a) ԧ࠱ଊ݀ஊᎶவข (b) ଌஆଊ݀ஊᎶவข
前对系统的抗干扰性进行了测试。公式(3) 表明，在
理想情况下，二次谐波幅值与基波幅值的平方成正 图 6 区域检测法示意图
比 [15] 。因此，通过测量无缺陷试样二次谐波信号随 Fig. 6 Schematic diagram of regional detection
基波信号的变化即可确定系统测量材料非线性超 method
声检测信号的可靠性。实验采用双探头收发方式接 设第一次区域检测从上述5 个位置提取的非线
收无缺陷检测试样的透射超声波，测量不同激励信 性超声检测系数依次标示为k 1 ∼ k 5 ，第二次区域检
号电压 (电压范围 35 V∼70 V，间隔 5 V) 下的二次 测提取的非线性超声检测系数标示为 k 6 ∼ k 10 (分
谐波幅度随基波幅度平方的变化。图 5 显示，在不 别对应绿、红、黄、蓝、黑位置)，则可计算出以上 10
同激发电压下二次谐波有少量波动，但二次谐波幅 个检测信号的非线性系数的算术平均值µ以及其波
值与基波幅值的平方成正比，据此证明系统具有很 动系数 σ 作为非线性超声检测特征参数，其中波动