實驗(yan)名稱：斜(xie)裂紋管道(dao)超聲導波的混沌(dun)振子檢(jian)測方法研(yan)究

　　研(yan)究方向(xiang)：無損檢測

　　實驗原(yuan)理(li)：

　　利用(yong)超聲能透入金屬材料(liao)的(de)深處，并由(you)一截面進入另一截面時(shi)，在界面邊緣發(fa)生反射的特點(dian)來檢(jian)查零件缺陷的一(yi)種方法，當(dang)超聲波束自(zi)零件表(biao)面由(you)探頭通至金屬內(nei)部，遇到缺陷與零件底(di)面時就分(fen)別發生反射波來，在螢光屏上(shang)形成脈沖波形，根據這些脈沖波形(xing)來判斷缺陷(xian)位置和大小(xiao)。

　　測試設(she)備：信號發生器、ATA-8202射頻功率放大器、壓電片、管道試件、電腦。

　　實驗過程(cheng)：

圖：實驗原理(li)

　　實驗所(suo)用不銹鋼管幾(ji)何參數為(wei)50mm直徑，長(chang)3m，壁厚(hou)1mm，實(shi)驗原理如上圖所示：采用(yong)泰(tai)克任(ren)意信(xin)號發生器激勵(li)信(xin)號，接著通過(guo)ATA-8202功率放大器進行功率放大，放大后的信號接(jie)入管(guan)道左側壓電環，通過壓電(dian)逆效應產生超聲導波，通過壓電效應由16片并聯的壓電片接收信號，傳入示波(bo)器。選用(yong)Hanning窗調制的單音頻正弦信號作為檢測信號，表達式如(2.1)，其中fc為導波信號的中心頻率。實驗采用10周期激勵信號，具(ju)體如圖2.2所示。本文實驗采樣頻率設置為100M/s。

圖2.1：信(xin)號表達(da)式

　　實(shi)驗結果：

　　采用人工預制(zhi)裂紋，包含5種裂紋角度0：0°裂(lie)紋(wen)，30°裂紋，45°裂(lie)紋，60°裂(lie)(lie)紋(wen)和(he)90°裂(lie)(lie)紋(wen)。裂(lie)(lie)紋(wen)幾何參數為(wei)：厚05mm，寬2mm，長度為(wei)20mm。采用軟件計算實驗管和其他波導結構結果一樣，在給定(ding)的(de)頻(pin)率100kHz范圍內存在大量的模態，這導致了實驗的復雜性。在略低(di)頻(pin)段擁有較少的模態，如小于(yu)20kHz只存在2種模態;在略高頻段擁有較多的模態，如大(da)于50kHz存在5種模態。實驗中，模態(tai)越少越利于檢測，但是(shi)頻率(lv)低會導(dao)致(zhi)超聲導(dao)波的波長相對較長，波形(xing)易重(zhong)疊且能量小，反而(er)不利于(yu)缺陷檢(jian)測。在激(ji)勵信號時(shi)盡(jin)可能(neng)選(xuan)取頻散曲線上較為平坦(tan)的頻率內的單一模態，這樣，激勵信(xin)號的能量(liang)會(hui)集中在(zai)一個較窄(zhai)的頻(pin)帶內(nei)。因此適當的頻(pin)率選取(qu)是本(ben)文實驗的重(zhong)點本(ben)文選取(qu)L(0.2)模態來進行本次實驗，此模態(tai)擁有(you)顯著的利于實際(ji)檢測的特點：傳(chuan)播速度(du)最快，較為簡單，容易(yi)激發，且在一定頻域內不分(fen)散。

　　實驗(yan)結果采(cai)用式(2.2)來計算缺陷位置Lx

其中，L0是管(guan)道右(you)端部(bu)與接(jie)收傳感器之間的長度，此處由(you)于本(ben)實驗(yan)接收(shou)傳(chuan)感(gan)器(qi)距管道左端面為30mm，因此L0=2970mm，t1，t2，t3分別為接收(shou)傳感器(qi)接收(shou)到入射波的時(shi)刻，缺陷(xian)回波時(shi)刻(ke)和(he)管道端面回波時(shi)刻(ke)。以實驗(yan)所測45°裂紋為例，如圖2.4所示，從圖中可以看出，實驗信號中(zhong)分(fen)別存在入射(she)波(bo)，缺陷回波(bo)(bo)和(he)端面回波(bo)(bo)。分別選取波(bo)(bo)包第一(yi)點(dian)和(he)波(bo)(bo)峰位置來確定回波(bo)(bo)時刻，進而計算缺陷的位置，如表2.1所示。從表中可以得出，由波峰(feng)計(ji)算得出Lx=1446.08mm，由波包第一點計算得(de)出的Lx=1542.10mm。真實缺陷距離接收傳感器距離為1470mm，因此通過波峰(feng)對應時(shi)刻來確定的缺陷位置相對誤差(cha)為(wei)1.63%，而通過波包第一(yi)點位置來確定(ding)的缺陷(xian)位置相對誤差為4.90%。以峰值作為特征點引起了缺陷定位誤差，出(chu)現這種狀況(kuang)的原因可能(neng)是：1)激發信號并不是理想信號，包含了多模態；2)由于頻散必然導致的多模態現象。由于采用波包最高點比第一點具有更好的精確度，因此選(xuan)用波包峰值點(dian)(dian)作為時間(jian)起點(dian)(dian)，計(ji)算超(chao)聲導波的傳播速度。

圖(tu)：裂紋實驗信號

　　安(an)泰ATA-8202射頻功率放大器：

　　圖：ATA-8202射頻功率放大器

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