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原文传递基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法和系统

专利名称：	基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法和系统
摘要：	本发明提供了一种基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法和系统，应用于激光超声检测系统，包括：在待评价金属块的多个检测点进行激光超声检测，得到多个激光超声检测信号；获取待评价金属块的被测区域的平均厚度；对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号；对多个激光超声检测信号进行高斯拟合操作，分别得到多个第一中心频率、多个频率带宽和多个第二中心频率；基于多个第一中心频率、多个频率带宽、多个第二中心频率和平均厚度，反演计算待评价金属块的平均晶粒直径。本发明可实现等轴单相金属及合金组织关于平均晶粒直径的定量无损表征及评价，有效提高检测灵敏度和检测结果的可靠性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	山东;37
申请人：	山东省科学院激光研究所
发明人：	白雪;赵扬;马健;宋江峰;陈建伟;郭锐;刘帅;南钢洋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-04T00:00:00+0800
申请号：	CN201910216538.9
公开号：	CN109839442A
代理机构：	北京超成律师事务所
代理人：	刘静
分类号：	G01N29/12(2006.01);G;G01;G01N;G01N29
申请人地址：	272000 山东省济宁市海川路9号高新区产学研基地A3号楼B座
主权项：	1.一种基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价方法，其特征在于，应用于激光超声检测系统，包括：在待评价金属块的多个检测点进行激光超声检测，得到多个激光超声检测信号；所述激光超声检测信号包括以下任一项：激光透射波信号，激光底面反射波信号；获取所述待评价金属块的被测区域的平均厚度，其中，所述被测区域为所述待评价金属块中多个检测点所在区域；对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号，其中，一个激光超声检测信号对应一个一次激光超声波信号和一个二次激光超声波信号，所述一次激光超声波信号包括以下任一项：一次透射波信号，一次底面反射波信号，所述二次激光超声波信号包括以下任一项：二次透射波信号，二次底面反射波信号；对所述多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号利用高斯分布模型进行拟合操作，分别得到所述多个一次激光超声波信号的多个第一中心频率、多个频率带宽和所述多个二次激光超声波信号的多个第二中心频率；其中，一个一次激光超声波信号对应一个第一中心频率和一个频率带宽，一个二次激光超声波信号对应一个第二中心频率；基于所述多个第一中心频率、所述多个频率带宽、所述多个第二中心频率和所述平均厚度，反演计算所述待评价金属块的平均晶粒直径。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号，包括：获取目标截取窗口，其中，所述目标截取窗口包括：一次激光超声波信号截取窗口和/或二次激光超声波信号截取窗口；利用所述目标截取窗口，对各个所述激光超声检测信号进行提取操作，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述多个第一中心频率、所述多个频率带宽、所述多个第二中心频率和所述平均厚度，反演计算所述待评价金属块的平均晶粒直径，包括：依次计算所述第一中心频率中第一目标中心频率和所述第二中心频率中第二目标中心频率之间的比值，得到多个激光超声信号中心频率偏移量；所述第一目标中心频率和所述第二目标中心频率对应同一个激光超声检测信号；计算所述多个激光超声信号中心频率偏移量的均值，得到平均中心频率偏移量；以及计算所述多个频率带宽的平均值，得到平均频率宽度；基于所述平均中心频率偏移量、所述平均频率宽度和所述平均厚度，计算所述待评价金属块的超声衰减系数；其中所述超声衰减系数用于表征单位传播距离内超声能量衰减幅值与频率平方的线性比例关系；基于所述超声衰减系数，反演计算所述待评价金属块的平均晶粒直径。 4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述平均中心频率偏移量、所述平均频率宽度和所述平均厚度，计算所述待评价金属块的超声衰减系数，包括：利用关系方程求解所述待评价金属块的超声衰减系数，其中，为所述平均中心频率偏移量，为所述平均频率宽度，H为所述平均厚度，α0为所述超声衰减系数。 5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述超声衰减系数，反演计算所述待评价金属块的平均晶粒直径包括：获取与所述待评价金属块的材料性能相关的线性比例系数，所述线性比例系数用于表征超声衰减系数与平均晶粒直径的线性比例关系；基于所述线性比例系数，利用关系方程计算所述待评价金属块的平均晶粒直径；其中b为所述线性比例系数，为所述待评价金属块的平均晶粒直径，α0为所述超声衰减系数。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，获取与所述待评价金属块的材料性能相关的线性比例系数包括：获取所述待评价金属块的材料所对应的晶粒尺寸分布；利用对数正态分布模型对所述晶粒尺寸分布进行数据拟合操作，得到拟合参数平均值和拟合标准差；基于所述拟合参数平均值和所述拟合标准差，通过超声衰减经典理论模型计算并得到与所述待评价金属块的材料性能相关的线性比例系数；所述超声衰减经典理论模型为关于求解多晶体金属材料中由晶粒散射引起的超声衰减值的解析计算方法的理论。 7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述待评价金属块进行电子背散射衍射分析，得到激光超声传播界面的检验平均晶粒直径；计算所述平均晶粒直径和所述检验平均晶粒直径的差值，将所述差值与所述检验平均晶粒直径的比值作为所述待评价金属块的平均晶粒直径的测量误差。 8.一种基于激光超声中心频率偏移的晶粒度无损评价系统，其特征在于，包括：激光超声检测模块，厚度测量模块，超声信号提取模块，中心频率提取模块和晶粒度评价模块，其中，所述激光超声检测模块，用于在待评价金属块的多个检测点进行激光超声检测，得到多个激光超声检测信号；所述激光超声检测信号包括以下任一项：激光透射波信号，激光底面反射波信号；所述厚度测量模块，用于获取所述待评价金属块的被测区域的平均厚度，其中，所述被测区域为所述待评价金属块中多个检测点所在区域；所述超声信号提取模块，用于对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号，其中，一个激光超声检测信号对应一个一次激光超声波信号和一个二次激光超声波信号，所述一次激光超声波信号包括以下任一项：一次透射波信号，一次底面反射波信号，所述二次激光超声波信号包括以下任一项：二次透射波信号，二次底面反射波信号；所述中心频率提取模块，用于对所述多个一次激光超声波信号和多个二次激光超声波信号利用高斯分布模型进行拟合操作，分别得到所述多个一次激光超声波信号的多个第一中心频率、多个频率带宽和所述多个二次激光超声波信号的多个第二中心频率；其中，一个一次激光超声波信号对应一个第一中心频率和一个频率带宽，一个二次激光超声波信号对应一个第二中心频率；所述晶粒度评价模块，用于基于所述多个第一中心频率、所述多个频率带宽、所述多个第二中心频率和所述平均厚度，反演计算所述待评价金属块的平均晶粒直径。 9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述超声信号提取模块包括：一次激光超声波信号提取单元和二次激光超声波信号提取单元，其中，所述一次激光超声波信号提取单元，用于对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个一次激光超声波信号；所述二次激光超声波信号提取单元，用于对各个激光超声检测信号进行提取，得到多个二次激光超声波信号。 10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：误差验证模块，用于对所述待评价金属块进行电子背散射衍射分析，得到激光超声传播界面的检验平均晶粒直径；计算所述平均晶粒直径和所述检验平均晶粒直径的差值，将所述差值与所述检验平均晶粒直径的比值作为所述待评价金属块的平均晶粒直径的测量误差。
所属类别：	发明专利