不同特征下激光超声温度测量研究

为解决金属材料在高温工作环境下进行温度检测时需接触,受限多等问题,使用激光超声技术实现超声非接触式收发,通过对纵波、表面波信号与温度的相关性分析,实现高温工作状态下金属零部件温度的检测。建立20~520℃范围内铝块的激光超声温度检测模型,研究了激光激发的超声纵波、表面波波速与温度的相关性;提出Wigner-Ville分布下激光超声能量谱密度最大点的频率移动特征分析方法,研究了激光超声表面波频率与温度的相关性。研究表明:激光超声纵波、表面波波速及频率随温度升高成线性降低关系,且表面波波速-温度关系对温度检测的灵敏度更高。在单位长度1 cm范围内,表面波声时随温度变化率为1.4×10^(-9) s·℃^(-1),波速随温度变化率为-0.85 m·s^(-1)·℃^(-1),可以分辨1℃的温度变化,为后续的激光超声温度检测研究提供了依据。

横波检测圆柱内部不同角度缺陷的数值模拟

针对小口径金属圆柱内部不同角度缺陷的检测,通过有限元方法对铝圆柱中横波的传播特性进行研究。通过横波方向性的研究确定横波的能量范围,在横波的主要能量范围设置内部不同角度的人工矩形缺陷,通过B-scan的方法对PRS波(与缺陷作用的一次反射横波)的传播特性进行研究。通过对PRS波出现的扫查角度范围进行统计研究,确定PRS波的最佳探测角β(扫查角度范围内PRS波幅值最大的扫查角度)。根据扫查角度范围内最大幅值PRS波的到达时间与缺陷角度α关系对α角进行了反演,α角为30°时误差最大,误差为0.025,其他缺陷角度下误差均小于0.02。利用PRS波的扫查角度范围和最佳探测角β完成不同α角下PRS波的可视化,提出一种通过提取能量点评估α角的方法。以上研究结果为激光超声检测柱状材料内部缺陷提供了一定的参考。