Page 117 - 无损检测2024年第九期
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程芳玲，等：
基于阈值和互相关的螺栓超声轴向应力测量算法
图 6 超声脉冲信号激发接收器与示波器
图 7 横纵波一体探头与耦合剂
图 10 不同应力下测得的横纵波回波声时信号处理结果
表1 横、纵波声时信号数据拟合结果
图 8 扭转施力夹具 方程Y=ax+b
波形 参数 阈值为峰值的 阈值为峰值的 阈值为峰值的
使用蚌埠金诺传感器有限公司生产的JGBT-H
80% 60% 40%
型轴力环作为应力传感装置和MCK-HY型手持式 截距 9.906 3×10 5 9.841 2×10 5 9.830 1×10 5
智能数显表作为信号输出装置，如图9所示。 横波 斜率 5.361 9×10 10 5.304 8×10 10 6.119 0×10 10
R 2 0.999 0 0.977 3 0.995 8
截距 5.385 3×10 5 5.359 7×10 5 5.358 3×10 5
纵波 斜率 8.619 1×10 10 8.919 1×10 10 8.857 1×10 10
R 2 0.999 8 0.999 8 0.999 9
生较大影响，随着固定阈值参数取值的增大，渡越时
间出现了明显的增加，与声波的回波信号波形图对
应。纵波和横波的渡越时间与螺栓受到的轴向应力
图 9 轴力环与手持式智能数显表 呈良好的线性关系。根据测量原理，需选择线性度
3.2 阈值算法 最好的阈值进行数据处理，其中纵波的线性度相差
为了分析阈值法的稳定性且得到算法最佳的阈 不大，横波数据中当阈值为峰值的80%时的皮尔森
值点，对长度40 mm的8. 8级M20碳钢螺栓栓在所 系数R 最大为0. 999 97，故选择阈值为峰值的80%
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设计的扭转施力夹具上分别施加0，30，60，90，120， 进行后续计算。根据所选阈值对数据进行二次拟合
150，180 MPa轴向应力进行标定试验。 计算，分别得到应力计算方程，如式（8）所示。
分别选取回波信号峰值的40%，60%，80%作为
固定阈值，计算超声横、纵波渡越声时，绘出声时-应 （8）
力曲线如图10所示， 数据拟合处理结果如表1所示。
不同的阈值选取会对声波时间渡越值的计算产 为了验证阈值算法处理横、纵波回波声时信号
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2024 年 第 46 卷 第 9 期
无损检测
