基于阈值频率的激光超声缺陷检测

发布时间：2021-09-05 22:27

　　针对激光超声技术难以定量分析、检测金属样品缺陷的问题,根据不同缺陷深度处反射与透射表面波的频率交叉现象,提出了阈值频率,研究了表面缺陷深度与其对应波长的关系。通过小波分解和频谱分析,探讨和分析了反射波和透射波在频谱能量图中的波形分布特征。结果表明:由阈值频率计算的波长与缺陷深度之间的关系（即λ=4 h）与理论数据分析结果吻合良好;并随着缺陷深度的增加,波长也随之表现出线性增加的特性。由此可见,该分析方法达到了预期的效果,为表面缺陷深度的进一步定量表征提供了参考方向。 

【文章来源】：激光杂志. 2020,41(02)北大核心

【文章页数】：4 页

【部分图文】：

反射/透射表面波的阈值频率图

利用柱面透镜，将脉冲激光呈线状辐照在金属铝板模型的上表面，通过使用人工矩形凹槽，来模拟实际的表面缺陷。因为凹槽长度的方向与激光线源z轴上的方向同向，铝板材料是线弹性的、均匀的以及各向同性的，所以可使用图2所示的二维平面应变的弹性模型来求解三维模型中的应变问题。选用的铝板整体尺寸大小为30 mm×8 mm;人工矩形凹槽左边缘C点距铝板左边缘16 mm;将激光线源施加在铝板的中心O点，O点距凹槽左边缘1 mm;在凹槽的左侧设置反射接收点A,A点距C点5 mm;凹槽的右侧设置透射接收点B,B点距C点2 mm;缺陷宽度为0.2 mm，缺陷深度为0.1 mm～0.7 mm，步长为0.2 mm。所采用的建模方法是直接耦合分析解法，并进行仿真，通过使用二维耦合单元PLANE13，来对模型进行求解[15]。

图3是四个不同缺陷深度的反射和透射表面波信号所对应的各层的能量分布图，由图可得:表面缺陷深度h=0.1 mm即图(a)中，当小波分解层数<4时，反射波能量大于透射波能量;当小波分解层数>4时，透射波能量大于反射波能量，说明表面缺陷信号在第四层分解时频谱发生变化，此时发生反射/透射波频率交叉现象，其阈值频率为6.83 MHz;同理可得，缺陷深度h=0.3 mm即图(b)中，阈值频率为2.55 MHz;缺陷深度h=0.5 mm即图(c)中，阈值频率为1.41 MHz;缺陷深度h=0.7 mm即图(d)中，阈值频率为1.03 MHz。使用脉冲激光在不同缺陷深度的金属铝板上激发表面波，其波长与频率对应有以下公式:

【参考文献】：
期刊论文
[1]激光激发表面波测量表面缺陷深度的数值研究[J]. 陶程,殷安民,王煜帆,应志奇,束学道.  激光与红外. 2019(01)
[2]激光超声管道表面裂纹检测技术[J]. 曹建树,曹振,赵龙飞,徐宝东,刘强,姬保平.  光电工程. 2016(03)
[3]激光远场激发表面波在开口缺陷处的散射回波[J]. 王威,仲政,潘永东.  激光技术. 2015(02)
[4]航空复合材料先进超声无损检测技术[J]. 周正干,肖鹏,刘航航.  航空制造技术. 2013(04)
[5]激光超声在缺陷材料中散射波形的声谱分析[J]. 关建飞,沈中华,许伯强,陆建,倪晓武.  激光技术. 2005(03)
[6]超声C扫描系统在颗粒增强型金属基复合材料无损检测中的应用[J]. 魏勤,尤建飞.  华东船舶工业学院学报(自然科学版). 2003(03)

硕士论文
[1]基于激光超声技术的金属表面缺陷检测研究[D]. 张颖志.大连理工大学 2015
[2]激光超声无损检测系统关键技术研究[D]. 谭项林.国防科学技术大学 2011



本文编号：3386201