Page 136 - 无损检测2023年第三期

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图 4 宽带压电超声换能器实物
超声谐波检测系统的另一重要部件为超声谐
波信号发生卡。虽然当前工程应用中的超声信号
卡大都兼具超声信号的发射和接收功能，但是大
部分的集成超声信号收发卡的发射信号仅为脉冲
图 2 超声梯度检测仿真结果 信号。为了实现单一频率谐波信号的生成，以便
1.2 梯度应力检测仪器开发 使其在试件特定深度传播，从而获得试件内部特
定深度范围内的平均应力，需要设计单独的谐波
由于热处理、焊接、铸造过程中温度梯度不
均匀，会产生温度梯度应力，即热应力。同时， 信号发生器件。该系统所采用的超声谐波信号发
生卡的标称工作频率为 0.2 ～ 20 MHz，该信号
在切削、磨削等加工过程中，各种加工参数也会
引起机械变形应力和金属相变应力，残余应力沿 发射频率范围足以配合换能器带宽。由于谐波信
号发生卡不具备信号采集功能，在检测系统内，
构件厚度方向呈分层分布的趋势。因此，开发应
力梯度检测的仪器是十分必要的。 该信号发生卡配合信号采集卡一起使用以实现信
号的收 - 发功能（见图 5）。
在之前工作的基础上，2022 年度为实现超
声谐波应力梯度检测，主要从硬件与软件两个方
面进行了研究。超声谐波检测硬件系统构成如图
3 所示。

图 5 超声谐波检测仪器硬件装机
软件系统方面，为了实现超声谐波检测以及
快速的变频检测需求，在现有的超声应力检测系
统的基础上开发了多频谐波超声检测系统。该系
统软件界面如图 6 所示。在检测开始时首先通过
“外触发设置”按钮设置发射信号的参数，包括
发射电压、谐波个数、发射时间间隔、初始发射
频率等，在检测过程中程序将会自动采集波形、
图 3 超声谐波检测硬件系统构成 调整发射电压和发射频率以及用来截取波形的闸
门起始位置。软件运行的流程如图 7 所示。该检
为实现超声谐波信号的收发功能，宽带探头
测系统的核心功能是在当前频率波形采集完成后
以及谐波信号发生卡的性能尤其重要。该系统采
自动调整发射频率然后开始下一个频率波形的采
用的宽带压电超声换能器如图 4 所示，其标称带
集，而在这个过程中无需用户交互操作从而节省
宽为 1 ～ 10 MHz。此带宽内的工作频率能够满
了检测时间。此外在自动调整发射频率的同时，
足大部分的工程需要。
程序也会通过一定的算法自动调整闸门起始位置
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2023 年 第45 卷 第3 期
无损检测