细铜棒内部缺陷超声自动检测研究

　　0　引　言

　　超声检测技术是一种重要的无损检测技术,由于它的穿透能力强,对材料和人体无损害,使用方便等特点,广泛地应用于现代化工业领域和高科技产业中.本文叙述了超声检测技术在检测金属铜棒缺陷中的应用.超声波在金属材料中传播时,材料中的不连续会对超声波产生影响,这种影响主要体现为阻挡超声波的传播,最直观地表现为透射后波形幅度降低同时产生反射波,其实质为材料特性对超声波进行调制.因此,对透射波和反射波进行解调即可得到材料内部不连续的特性.

　　1　超声信号分析

　　在超声检测过程中,判别疵病的主要信息源是回波信号,回波信号携带了疵病的特征信息[1].而超声回波信号有许多主要的特征量,时间及其对应的振幅就是其中的两个,振幅大小在探伤仪荧光屏上由波高直接体现,而且振幅与反射回波的声压成正比,反射声压的大小则又取决于反射体(缺陷)的位置和面积,所以分析振幅变化是检测缺陷的主要手段.因此常用声压公式来描述超声信号,以最简单的平面声波声压公式为例[2]

　　p=pmsin(ω0t-kx). (1)

　　式中:pm为最大振幅;f为频率(或ω为角频率);t为传播时间;kx为位移量(或θ为角位移).式(1)表明了超声回波信号的基本特征:波形为正弦波,这些特征量的变化构成了不同形状的超声回波.事实上任何一个超声回波都不是一个单纯的正弦波,而是由众多特征量不全相同的正弦波迭合而成,若超声信号回波函数为u(t),则u(t)可表达为若干个正弦波和的形式u(t)=∑∞i=0Aisin(n2πft+θi), (2)

　　对如此众多的信号特征量加以分析和处理,就不难对反射体的状况作出较完整的结论.如前所述,超声回波是一综合响应,它包含有大量的有用信息,其时域特征值往往比较明显且带有明确的物理意义,易于被人们接受.通过对这些信号特征的比较、分析,可以获得反射体位的很多信息.

　　2　系统工作原理

　　本实验检测系统由组合探头装置(安装在溢水盒内的不同入射角度的多路探头)、铜棒拖动系统、多路控制系统、经过改造的超声探伤仪、接口电路、多路数据采集系统、计算机控制、处理、显示及打印系统等组成.特制的超声探头通过溢水盒溢出的水与被检测细铜棒耦合,携带细铜棒内部缺陷信息的超声信号通过接口电路和数据采集卡传入计算机,计算机通过分析处理,在计算机屏幕上显示出被检测的铜棒内部有无缺陷,是什么性质的缺陷,并由计算机控制电机移动铜棒至下一点,直到整个铜棒被检测完毕,检测结果可以存盘并打印记录,另外系统具有对当日、当月或更长时间检测结果的数据库管理功能.系统组成框图如图1所示.