專利名稱：通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬材料的無(wú)損探傷技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及通過(guò)超聲表面波檢測(cè)(金屬)材料氫損傷的裝置及方法，尤其是通過(guò)超聲表面波檢測(cè)奧氏體材料早期氫損傷的檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
金屬的氫損傷包括氫脆、氫鼓泡以及氫致開(kāi)裂等情況，其中，氫脆是可以恢復(fù)的，而氫鼓泡和氫致開(kāi)裂是永久性的，因此，在金屬氫損傷的初期就能夠評(píng)價(jià)氫損傷的程度具有非常重要的意義。目前，評(píng)價(jià)金屬材料氫蝕程度的方法通常采用材料力學(xué)性能檢測(cè)法，由于該方法屬于破壞性的方法，對(duì)于在役設(shè)備是不采用此方法進(jìn)行檢測(cè)的，需要采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)臨氫設(shè)備氫損傷的程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并發(fā)展一種能在線實(shí)時(shí)直接檢測(cè)臨氫設(shè)備氫損傷程度的方法，因此，所述無(wú)損檢測(cè)技術(shù)和方法對(duì)保證臨氫設(shè)備安全可靠的運(yùn)行具有十分重要的意義?，F(xiàn)有的超聲波檢測(cè)方法主要集中在體波(即縱波和橫波)對(duì)于氫損傷程度的表征。在這方面，Watanabe等人通過(guò)使用縱波波速和橫波波速，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)指標(biāo)比無(wú)損傷的材料波速減少了至少10%和7%。由O’ Connell、Budiansky以及Temple (等人)的理論研究表明:材料中的微觀裂紋會(huì)影響整體彈性模量，從而降低縱波波速\和橫波波速Vs，他們?cè)A(yù)測(cè):' 的減少比Vs的減少要多。所以，氫蝕將增加八/Vs。由于
IlZls =FsZFi,也就是說(shuō):檢測(cè)氫蝕可通過(guò)橫波縱波傳播時(shí)間之比來(lái)檢測(cè)有無(wú)氫腐蝕，而
不需要知道受檢材料的厚度。金屬在沒(méi)有氫損傷的情況下，橫波在鋼中的傳播速度為3230m/s，縱波在鋼中的傳播速度為590 0 m/s，將之代入以上公式，得到縱橫波比為0.5477，此為未受到氫損傷材料的比值。這方面Watanabe總結(jié)到:如果Vs/\大于0.55時(shí)就認(rèn)為金屬中產(chǎn)生了氫腐蝕。但是，從實(shí)際情況看，此種方法適用于檢測(cè)發(fā)生嚴(yán)重氫損傷的材料。
目前，超聲波檢測(cè)氫損傷技術(shù)的發(fā)展主要集中在體波的檢測(cè)方法方面，但是，由于體波表征材料厚度方向上的整體材料屬性，而實(shí)際臨氫環(huán)境中又具有一定的氫濃度梯度，所以材料的損失情況會(huì)不盡相同。如果采用體波去表征，需要知道材料的壁厚，而材料在使用過(guò)程中有時(shí)候會(huì)產(chǎn)生壁厚減薄的情況，不便于實(shí)施體波的檢測(cè)。而采用縱橫波比方法判定，只能判定材料嚴(yán)重氫損傷和未損傷，而對(duì)于材料的氫損傷初期則不能較好地判定。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置，它能檢測(cè)加氫設(shè)備和臨氫設(shè)備氫損傷的情況，避免因氫損傷而導(dǎo)致事故的發(fā)生；本發(fā)明的再一目的是，根據(jù)所述的裝置，提供一種通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的方法，該方法具有方案簡(jiǎn)單，操作方便的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)加氫設(shè)備、臨氫設(shè)備以及材料氫損傷程度的無(wú)損評(píng)估，對(duì)化工煉油設(shè)備的安全以及設(shè)備的維護(hù)具有非常積極的作用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案?！N通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置，其特征是，包含高頻超聲表面波發(fā)射、接收系統(tǒng)和便攜式工控機(jī)；所述高頻超聲表面波發(fā)射接收系統(tǒng)包括高頻超聲表面波發(fā)射探頭、高頻超聲表面波接收探頭、基板、導(dǎo)軌和定位螺母，所述高頻超聲表面波發(fā)射探頭、高頻超聲表面波接收探頭設(shè)置在基板中間的導(dǎo)軌上，由定位螺母卡位固定，所述基板放置在待測(cè)設(shè)備或材料上；所述便攜式工控機(jī)包括數(shù)據(jù)采集模塊、發(fā)射模塊、信號(hào)處理模塊、功率放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、軟件控制平臺(tái)及其連接線，所述軟件控制平臺(tái)通過(guò)信號(hào)發(fā)生模塊、功率放大模塊、發(fā)射模塊向高頻超聲表面波發(fā)射探頭輸出信號(hào)，發(fā)射模塊的輸出與高頻超聲表面波發(fā)射探頭的輸入端相連；所述高頻超聲表面波接收探頭的輸出與所述數(shù)據(jù)采集模塊的輸入端相連，所述數(shù)據(jù)采集模塊自高頻超聲表面波接收探頭接收的信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊將處理的信號(hào)輸入軟件控制平臺(tái)，由便攜式工控機(jī)進(jìn)行操作與控制。進(jìn)一步,所述聞?lì)l超聲表面波發(fā)射探頭、聞?lì)l超聲表面波接收探頭設(shè)置在基板中間同一個(gè)導(dǎo)軌上，由不同的定位螺母固定它們彼此在同一個(gè)導(dǎo)軌上的距離。進(jìn)一步,所述聞?lì)l超聲表面波發(fā)射探頭、聞?lì)l超聲表面波接收探頭設(shè)置在基板中間不同的導(dǎo)軌上，由不同的定位螺母固定它們?cè)诓煌瑢?dǎo)軌上的距離。進(jìn)一步，所述高頻超聲表面波發(fā)射探頭、高頻超聲表面波接收探頭都與楔塊相配合，從而產(chǎn)生由縱波到表面波的波形模式轉(zhuǎn)換。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案。一種通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的方法，其特征是，包含以下步驟:
(1)檢測(cè)裝置的應(yīng)用 將高頻超聲表面波發(fā)射探頭、高頻超聲表面波接收探頭設(shè)置在基板中間的導(dǎo)軌上，用定位螺母固定好位置，控制好所述發(fā)射探頭與接收探頭的檢測(cè)距離，在所述發(fā)射探頭與接收探頭上涂上耦合劑，將所述基板貼置在待測(cè)設(shè)備或材料上；
(2)軟件控制平臺(tái)的設(shè)置
在軟件控制平臺(tái)中設(shè)置基于USPC-3100超聲數(shù)據(jù)采集卡編寫(xiě)的Labview數(shù)據(jù)處理軟件，用所述軟件設(shè)定發(fā)射信號(hào)的頻率、激勵(lì)頻率、增益、探頭收發(fā)模式的參數(shù)，然后，由軟件控制平臺(tái)觸發(fā)信號(hào)脈沖；
(3)產(chǎn)生超聲表面波
軟件控制平臺(tái)觸發(fā)的信號(hào)通過(guò)信號(hào)發(fā)生模塊、功率放大模塊、發(fā)射模塊和高頻超聲表面波發(fā)射探頭引發(fā)縱波模式，通過(guò)表面波楔塊導(dǎo)致波的模式轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生在待測(cè)設(shè)備或材料表面?zhèn)鞑サ某暡ā⒓闯暠砻娌ǎ?br>
(4)超聲表面波的傳播與信號(hào)的轉(zhuǎn)換
步驟(3)產(chǎn)生的超聲表面波在待測(cè)設(shè)備或材料上沿著所述導(dǎo)軌方向傳播一段距離后，到達(dá)高頻超聲表面波接收探頭，此時(shí)，機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)再由數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)所截取的信號(hào)進(jìn)行采集、并由信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理數(shù)據(jù)處理，得到模擬信號(hào);
(5)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)
步驟(4)所述的電壓信號(hào)由數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理后，再由A/D轉(zhuǎn)換模塊變成數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)入軟件控制平臺(tái)；
(6)檢測(cè)設(shè)備或材料的氫損傷程度
由軟件控制平臺(tái)中的交互式Labview數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)步驟(5)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，即可檢測(cè)或判斷待測(cè)設(shè)備或材料的氫損傷程度；所述軟件控制平臺(tái)受便攜式工控機(jī)的操作與控制。進(jìn)一步，步驟(2)所述的Labview數(shù)據(jù)處理軟件為基于USPC-3100超聲數(shù)據(jù)采集卡編寫(xiě)的軟件，在所述軟件中，“Pulse”模塊為脈沖的選定，主要設(shè)置電壓大小以及與探頭相匹配的頻率；“Receiver”模塊為探頭模式的設(shè)定，可以設(shè)定為發(fā)射探頭、接收探頭以及集合發(fā)射和接受功能的單發(fā)-單收模式；“Gain”模塊為信號(hào)增益的調(diào)節(jié)；“A-Scan”模塊為A掃描的設(shè)定，能設(shè)置時(shí)間起點(diǎn)以及坐標(biāo)間隔、延時(shí)功能、材料中的波速以及波形顯示方式；“Gatel”和“Gate2”為門(mén)I和門(mén)II的設(shè)定，可以設(shè)定門(mén)的寬度、起始位置以及高度，來(lái)截取門(mén)范圍內(nèi)的超聲波信號(hào)；T0F值為門(mén)所獲取的數(shù)據(jù)處理后得到的值，代表超聲表面波經(jīng)歷發(fā)射探頭到接受探頭所需要的時(shí)間。
進(jìn)一步，步驟(I)所述的耦合劑為甘油型耦合劑。本發(fā)明是積極效果是:
(I)檢測(cè)裝置設(shè)備輕巧，攜帶方便，儀器操作靈活，探頭與楔塊安裝或拆卸方便。(2)檢測(cè)方法適用于在役加氫設(shè)備和臨氫設(shè)備以及材料的氫損傷檢測(cè)，能克服常規(guī)縱波評(píng)估氫損傷方法的局限性，降低人工檢測(cè)的強(qiáng)度，節(jié)省人力和物力。(3)在役設(shè)備無(wú)需停工，即可對(duì)設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)和無(wú)損檢測(cè)。(4)檢測(cè)過(guò)程成本低，無(wú)需輔助設(shè)備或者相關(guān)材料的破壞性評(píng)估，對(duì)化工煉油設(shè)備的安全以及設(shè)備的維護(hù)具有非常積極的作用。
圖1為本發(fā)明通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為便攜式工控機(jī)檢測(cè)電路的示意框圖。圖3為軟件操作平臺(tái)。圖4為氫濃度與超聲表面波關(guān)系圖。圖中的標(biāo)號(hào)分別為:
01、待測(cè)設(shè)備或材料；1、聞?lì)l超聲表面波發(fā)射探頭；2、聞?lì)l超聲表面波接收探頭；
3、基板；4、導(dǎo)軌；5、定位螺母；
6、數(shù)據(jù)采集模塊；7、發(fā)射模塊；8、信號(hào)處理模塊；
9、功率放大模塊；10、A/D轉(zhuǎn)換模塊；11、信號(hào)發(fā)生模塊；
12、軟件控制平臺(tái)；13、便攜式工控機(jī)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。但是需要指出，本發(fā)明的實(shí)施不限于以下的實(shí)施方式。參見(jiàn)圖1。一種通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置，包含高頻超聲表面波發(fā)射探頭1、高頻超聲表面波接收探頭2、基板3、導(dǎo)軌4、定位螺母5和便攜式工控機(jī)13。
將聞?lì)l超聲表面波發(fā)射探頭1、聞?lì)l超聲表面波接收探頭2設(shè)置在基板3中間的同一個(gè)導(dǎo)軌4上，用不同的定位螺母5分別卡位將它們固定在導(dǎo)軌4上并保持一定的距離。所述高頻超聲表面波發(fā)射探頭1、高頻超聲表面波接收探頭2能夠產(chǎn)生由縱波到表面波的波形模式轉(zhuǎn)換。所述基板3為設(shè)置導(dǎo)軌4、安裝所述發(fā)射探頭I和接收探頭2的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件，在基板3中間只設(shè)置一個(gè)導(dǎo)軌4。所述發(fā)射探頭I和接收探頭2通過(guò)所述基板3放置在待測(cè)設(shè)備或材料01上。參見(jiàn)圖2。所述便攜式工控機(jī)13包括數(shù)據(jù)采集模塊6、發(fā)射模塊7、信號(hào)處理模塊8、功率放大模塊9、A/D轉(zhuǎn)換模塊10、信號(hào)發(fā)生模塊11、軟件控制平臺(tái)12 (Labview數(shù)據(jù)處理軟件)以及連接線。所述軟件控制平臺(tái)12通過(guò)信號(hào)發(fā)生模塊11、功率放大模塊9、發(fā)射模塊7向高頻超聲表面波發(fā)射探頭I輸出信號(hào)，其連接關(guān)系為:軟件控制平臺(tái)12的一側(cè)與信號(hào)發(fā)生模塊11連接，信號(hào)發(fā)生模塊11的輸出端與功率放大模塊9的輸入端相連，功率放大模塊9的輸出端與發(fā)射模塊7的輸入端相連，由發(fā)射模塊7的輸出端與高頻超聲表面波發(fā)射探頭I的輸入端連接。
軟件控制平臺(tái)12通過(guò)采集模塊6、信號(hào)處理模塊8、A/D轉(zhuǎn)換模塊10接收高頻超聲表面波接收探頭2輸出的信號(hào)，其連接關(guān)系為:由數(shù)據(jù)采集模塊6的輸入端與高頻超聲表面波接收探頭2輸出端的相連，數(shù)據(jù)采集模塊6的輸出端與信號(hào)處理模塊8的輸入端相連(信號(hào)處理模塊8包含相應(yīng)的濾波和放大電路，對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊6輸入的信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理)，信號(hào)處理模塊8的輸出端與A/D轉(zhuǎn)換模塊10的輸入端相連，A/D轉(zhuǎn)換模塊10連接至軟件控制平臺(tái)12 (信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后進(jìn)入軟件控制平臺(tái)12進(jìn)行分析和處理)，由便攜式工控機(jī)13進(jìn)行操作與控制。在上述連接關(guān)系中，A/D轉(zhuǎn)換模塊10的輸出端和信號(hào)發(fā)生模塊11的輸入端是與軟件控制平臺(tái)12 (Labview數(shù)據(jù)處理軟件)相連的。全部的數(shù)據(jù)采集模塊6、發(fā)射模塊7、信號(hào)處理模塊8、功率放大模塊9、A/D轉(zhuǎn)換模塊10、信號(hào)發(fā)生模塊11以及軟件控制平臺(tái)12(Labview數(shù)據(jù)處理軟件)構(gòu)成便攜式工控機(jī)13的完整內(nèi)容。本發(fā)明通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的方法，包含以下步驟:
(I)檢測(cè)裝置的應(yīng)用
將高頻超聲表面波發(fā)射探頭1、高頻超聲表面波接收探頭2設(shè)置在基板3中間的導(dǎo)軌4上，用定位螺母5固定好位置，控制好所述發(fā)射探頭與接收探頭的檢測(cè)距離，在所述發(fā)射探頭I與接收探頭2上涂上耦合劑，將所述基板3貼置在待測(cè)設(shè)備或材料01上。(2)軟件控制平臺(tái)12的設(shè)置
在軟件控制平臺(tái)12中設(shè)置基于USPC-3100超聲數(shù)據(jù)采集卡編寫(xiě)的Labview數(shù)據(jù)處理軟件，用所述軟件設(shè)定發(fā)射信號(hào)的頻率、激勵(lì)頻率、增益、探頭收發(fā)模式的參數(shù)，然后，由軟件控制平臺(tái)12觸發(fā)信號(hào)脈沖。(3)產(chǎn)生超聲表面波
軟件控制平臺(tái)12觸發(fā)的信號(hào)通過(guò)信號(hào)發(fā)生模塊11、功率放大模塊9、發(fā)射模塊7和高頻超聲表面波發(fā)射探頭I引發(fā)縱波模式，通過(guò)表面波楔塊導(dǎo)致波的模式轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生在待測(cè)設(shè)備或材料01表面?zhèn)鞑サ某暡ā⒓闯暠砻娌ā?4)超聲表面波的傳播與信號(hào)的轉(zhuǎn)換
步驟(3)產(chǎn)生的超聲表面波在待測(cè)設(shè)備或材料01上沿著所述導(dǎo)軌4方向傳播一段距離后，到達(dá)高頻超聲表面波接收探頭2，此時(shí)，機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)再由數(shù)據(jù)采集模塊6對(duì)門(mén)所截取的信號(hào)進(jìn)行采集、并由信號(hào)處理模塊8進(jìn)行處理數(shù)據(jù)處理，得到模擬信號(hào)。( 5 )電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)
步驟(4)所述的電壓信號(hào)由數(shù)據(jù)采集模塊6、信號(hào)處理模塊8進(jìn)行處理后，再由A/D轉(zhuǎn)換模塊10變成數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)入軟件控制平臺(tái)12。(6)檢測(cè)設(shè)備或材料的氫損傷程度
由軟件控制平臺(tái)12中的交互式Labview數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)步驟(5)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，即可檢測(cè)或判斷待測(cè)設(shè)備或材料01的氫損傷程度；所述軟件控制平臺(tái)12受便攜式工控機(jī)13的操作與控制。參見(jiàn)圖3。所述Labview數(shù)據(jù)處理軟件是采用Labview語(yǔ)言基于USPC-3100超聲數(shù)據(jù)采集卡編寫(xiě)的軟件操作平臺(tái)。用所述軟件設(shè)定發(fā)射信號(hào)的頻率、激勵(lì)頻率、增益、探頭收發(fā)模式的參數(shù)，然后，由軟件控制平臺(tái)12觸發(fā)信號(hào)脈沖。在所述Labview數(shù)據(jù)處理軟件中: Pulse模塊用于設(shè)置脈沖、電壓大小以及與探頭相匹配的頻率、探頭模式的設(shè)定(發(fā)射-接收模式，以及集合發(fā)射和接受功能的單發(fā)-單收模式)?！癛eceiver”模塊為探頭模式的設(shè)定，可以設(shè)定為發(fā)射探頭，接收探頭，以及集合發(fā)射和接受功能的單發(fā)-單收模式。Gain模塊用于調(diào)節(jié)信號(hào)的增益。A-Scan模塊用于A掃描的設(shè)定，可以設(shè)置時(shí)間起點(diǎn)以及坐標(biāo)間隔、延時(shí)功能、材料中的波速以及波形顯示方式。Gatel和Gate2為門(mén)I和門(mén)II的設(shè)定，用于設(shè)定門(mén)的寬度、起始位置以及高度，用來(lái)截取所述門(mén)I和門(mén)II范圍內(nèi)的超聲波信號(hào)，然后由數(shù)據(jù)采集模塊6對(duì)門(mén)I和門(mén)II所截取的信號(hào)進(jìn)行處理，得到相關(guān)的聲學(xué)參數(shù)，數(shù)據(jù)采集主要依靠數(shù)據(jù)采集模塊6進(jìn)行。TOF值為門(mén)所獲取的數(shù)據(jù)處理后得到的值，代表超聲表面波經(jīng)歷高頻超聲表面波發(fā)射探頭1、高頻超聲表面波接收探頭2所需要的時(shí)間。本發(fā)明通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置能夠隨時(shí)更換不同頻率的探頭和楔塊，并能顯示出聲波的波高以及超聲波信號(hào)從激發(fā)到接受所經(jīng)歷的時(shí)間值。接受的信號(hào)(超聲波數(shù)據(jù))由軟件控制平臺(tái)12 (Labview數(shù)據(jù)處理軟件)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理:根據(jù)兩個(gè)回波之間的TOF值計(jì)算表面波波速，距離則是兩倍的試樣厚度，TOF值的檢測(cè)精度為5ns，表面波波速檢測(cè)誤差在AV=±lm/s。參見(jiàn)圖4。本發(fā)明通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置及方法的原理是:
從圖4中可以看出，當(dāng)平均氫濃度Cavg =33ppm時(shí),表面波波速有一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)下降的較
快。氫致馬氏體相變的臨界氫濃度為C*=30ppm。當(dāng)氫濃度隨著深度有一個(gè)梯度變化現(xiàn)象時(shí)，越靠近表面的區(qū)域越容易先到達(dá)臨界氫濃度。因而，在前半段線性變化區(qū)域中表面波波速變化平緩，這主要受到一個(gè)馬氏體/奧氏體混合區(qū)域的影響，由于此時(shí)在表面波影響范圍內(nèi)(對(duì)于10 MHz頻率來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)約為0.32mm)，在表層很少的區(qū)域發(fā)生了相變，整個(gè)區(qū)域的材料屬性仍然偏向奧氏體的材料屬性。而在后半段線性變化的斜率較大，波速變化更快的原因可以認(rèn)為是，主要受到了馬氏體相變的影響。隨著充氫時(shí)間的增加，整個(gè)區(qū)域的濃度水平平均達(dá)到了臨界濃度，所以整個(gè)區(qū)域都會(huì)有馬氏體相變發(fā)生，因此，材料屬性偏向馬氏體。通過(guò)電化學(xué)方法和表面波波速建立起的對(duì)應(yīng)關(guān)系,可以知道:當(dāng)波速為2840m/s時(shí)，開(kāi)始發(fā)生初期的氫損傷。以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)該視為本發(fā)明的保護(hù)范 圍。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置，其特征在于，包含高頻超聲表面波發(fā)射、接收系統(tǒng)和便攜式工控機(jī)(13);所述高頻超聲表面波發(fā)射接收系統(tǒng)包括高頻超聲表面波發(fā)射探頭(1)、高頻超聲表面波接收探頭(2)、基板(3)、導(dǎo)軌(4)和定位螺母(5)，所述高頻超聲表面波發(fā)射探頭(1)、高頻超聲表面波接收探頭(2)設(shè)置在基板(3)中間的導(dǎo)軌(4)上，由定位螺母(5)卡位固定，所述基板(3)放置在待測(cè)設(shè)備或材料(Ol)上；所述便攜式工控機(jī)(13 )包括數(shù)據(jù)采集模塊(6 )、發(fā)射模塊(7 )、信號(hào)處理模塊(8 )、功率放大模塊(9 )、A/D轉(zhuǎn)換模塊(10)、信號(hào)發(fā)生模塊(11)、軟件控制平臺(tái)(12)及其連接線，所述軟件控制平臺(tái)(12 )通過(guò)信號(hào)發(fā)生模塊(11 )、功率放大模塊(9 )、發(fā)射模塊(7 )向高頻超聲表面波發(fā)射探頭(I)輸出信號(hào)，發(fā)射模塊(7)的輸出與高頻超聲表面波發(fā)射探頭(I)的輸入端相連；所述高頻超聲表面波接收探頭(2)的輸出與所述數(shù)據(jù)采集模塊(6)的輸入端相連，所述數(shù)據(jù)采集模塊(6 )自高頻超聲表面波接收探頭(2 )接收的信號(hào)通過(guò)信號(hào)處理模塊(8 )、A/D轉(zhuǎn)換模塊(10)將處理的信號(hào)輸入軟件控制平臺(tái)(12)，由便攜式工控機(jī)(13)進(jìn)行操作與控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置，其特征在于，所述高頻超聲表面波發(fā)射探頭(I)、高頻超聲表面波接收探頭(2 )設(shè)置在基板(3 )中間同一個(gè)導(dǎo)軌(4)上，由不同的定位螺母(5)固定它們彼此在同一個(gè)導(dǎo)軌(4)上的距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置，其特征在于，所述高頻超聲表面波發(fā)射探頭(I)、高頻超聲表面波接收探頭(2 )設(shè)置在基板(3 )中間不同的導(dǎo)軌上，由不同的定位螺母(5)固定它們?cè)诓煌瑢?dǎo)軌上的距離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置，其特征在于，所述高頻超聲表面波發(fā)射探頭(I)、高頻超聲表面波接收探頭(2)都與楔塊相配合，從而產(chǎn)生由縱波到表面波的波形模式轉(zhuǎn)換。
5.一種通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的方法，其特征在于，包含以下步驟: (1)檢測(cè)裝置的應(yīng)用 將聞?lì)l超聲表面波發(fā)射探頭(I)、聞?lì)l超聲表面波接收探頭(2)設(shè)置在基板(3)中間的導(dǎo)軌(4)上，用定位螺母(5)固定好位置，控制好所述發(fā)射探頭與接收探頭的檢測(cè)距離，在所述發(fā)射探頭(I)與接收探頭(2)上涂上耦合劑，將所述基板(3)貼置在待測(cè)設(shè)備或材料(01)上； (2)軟件控制平臺(tái)(12)的設(shè)置 在軟件控制平臺(tái)(12)中設(shè)置基于USPC-3100超聲數(shù)據(jù)采集卡編寫(xiě)的Labview數(shù)據(jù)處理軟件，用所述軟件設(shè)定發(fā)射信號(hào)的頻率、激勵(lì)頻率、增益、探頭收發(fā)模式的參數(shù)，然后，由軟件控制平臺(tái)(12)觸發(fā)信號(hào)脈沖； (3)產(chǎn)生超聲表面波 軟件控制平臺(tái)(12)觸發(fā)的信號(hào)通過(guò)信號(hào)發(fā)生模塊(11)、功率放大模塊(9)、發(fā)射模塊(7)和高頻超聲表面波發(fā)射探頭(1)引發(fā)縱波模式，通過(guò)表面波楔塊導(dǎo)致波的模式轉(zhuǎn)換，從而產(chǎn)生在待測(cè)設(shè)備或材料(01)表面?zhèn)鞑サ某暡ā⒓闯暠砻娌ǎ? (4)超聲表面波的傳播與信號(hào)的轉(zhuǎn)換 步驟(3)產(chǎn)生的超聲表面波在待測(cè)設(shè)備或材料(01)上沿著所述導(dǎo)軌(4)方向傳播一段距離后，到達(dá)高頻超聲表面波接收探頭(2)，此時(shí)，機(jī)械振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，所述電壓信號(hào)再由數(shù)據(jù)采集模塊(6)對(duì)所截取的電壓信號(hào)進(jìn)行采集、并由信號(hào)處理模塊8進(jìn)行處理數(shù)據(jù)處理，得到模擬信號(hào)； (5)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào) 步驟(4 )所述的電壓信號(hào)由數(shù)據(jù)采集模塊(6 )、信號(hào)處理模塊(8 )進(jìn)行處理后，再由A/D轉(zhuǎn)換模塊(10)變成數(shù)字信號(hào)，所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)入軟件控制平臺(tái)(12)； (6)檢測(cè)設(shè)備或材料的氫損傷程度 由軟件控制平臺(tái)(12)中的交互式Labview數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)步驟(5)的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析處理，即可檢測(cè)或判斷待測(cè)設(shè)備或材料(01)的氫損傷程度；所述軟件控制平臺(tái)(12)受便攜式工控機(jī)(13)的操作與控制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的方法，其特征在于，步驟(2)所述的Labview數(shù)據(jù)處理軟件為基于USPC-3100超聲數(shù)據(jù)采集卡編寫(xiě)的軟件，在所述軟件中，“Pulse”模塊為脈沖的選定，主要設(shè)置電壓大小以及與探頭相匹配的頻率；“Receiver”模塊為探頭模式的設(shè)定，可以設(shè)定為發(fā)射探頭、接收探頭以及集合發(fā)射和接受功能的單發(fā)-單收模式；“Gain”模塊為信號(hào)增益的調(diào)節(jié)；“A-Scan”模塊為A掃描的設(shè)定，能設(shè)置時(shí)間起點(diǎn)以及坐標(biāo)間隔、延時(shí)功能、材料中的波速以及波形顯示方式；“Gatel”和“Gate2”為門(mén)I和門(mén)II的設(shè)定，可以設(shè)定門(mén)的寬度、起始位置以及高度，來(lái)截取門(mén)范圍內(nèi)的超聲波信號(hào)；TOF值為門(mén)所獲取的數(shù)據(jù)處理后得到的值，代表超聲表面波經(jīng)歷發(fā)射探頭到接受探頭所需要的時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的方法，其特征在于，步驟(I)所述的耦合劑為甘油型耦合劑。`
全文摘要
本發(fā)明通過(guò)超聲表面波檢測(cè)材料氫損傷的裝置及方法，其裝置包含高頻超聲表面波發(fā)射和接收探頭、基板、導(dǎo)軌和定位螺母以及便攜式工控機(jī)，所述兩個(gè)探頭設(shè)置在基板中間的導(dǎo)軌上，由定位螺母卡位固定，所述基板放置在待測(cè)設(shè)備或材料上；所述便攜式工控機(jī)包括數(shù)據(jù)采集模塊、發(fā)射模塊、信號(hào)處理模塊、功率放大模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)發(fā)生模塊、軟件控制平臺(tái)及連接線，由便攜式工控機(jī)進(jìn)行操作與控制。本發(fā)明方法的步驟包括⑴檢測(cè)裝置的應(yīng)用；⑵軟件控制平臺(tái)的設(shè)置；⑶產(chǎn)生超聲表面波；⑷超聲表面波的傳播與信號(hào)的轉(zhuǎn)換；⑸電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)；⑹檢測(cè)設(shè)備或材料的氫損傷程度。本發(fā)明裝置輕巧，攜帶方便，能在線對(duì)加氫臨氫設(shè)備及材料進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01N29/04GK103245726SQ201310111980
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月2日
發(fā)明者陳建鈞, 潘紅良, 闞文彬, 李勇鋒, 閻玉溪, 王晶, 杜文慧, 曹歌 申請(qǐng)人:華東理工大學(xué)