基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法

摘要

本发明提供了一种基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，其包括：制备若干与待检测的多晶材料具有相同厚度的试样，确定激励信号的方式和参数，搭建多晶材料平均晶粒尺寸检测系统；分别对具有不同平均晶粒尺寸的试样进行超声信号的激发与接收，进行带通滤波预处理；选取尾波时间窗以及参考时间窗的信号，分别提取平均功率，根据时间差计算尾波平均功率衰减；基于等效衰减系数模型，建立试样平均晶粒尺寸与尾波平均功率衰减之间的对数线性模型；采集待检测未知晶粒尺寸多晶材料的信号，滤波后提取相应的尾波平均功率衰减，根据对数线性模型确定多晶材料的平均晶粒尺寸。本发明检测效率高、相对容易、实用性强且检测结果准确。

权利要求

1.一种基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、制备若干与待检测的多晶材料具有相同厚度的试样，确定激励信号的方式和参数，并构建多晶材料平均晶粒尺寸检测系统；

步骤S1具体包括以下步骤：

S11、根据待检测多晶材料的材料成分信息，制备若干化学成分相同且具有不同平均晶粒尺寸的试样，并切割为与待检测多晶材料厚度一致的板状试样；

S12、用于激励超声信号的激励源为具有单一中心频率的汉宁窗调制正弦波脉冲，依据待检测多晶材料弹性性质以及厚度信息选择超声信号频率；

S13、利用任意函数生成器单通道输出超声波，通过三通接头形成两个输出端，其中第一输出端连接至高压功率放大器，经放大后传递至激励超声换能器晶片，第二输出端直接传递至混合域示波器的触发通道；

S14、对于每一块试样，将具有相同中心频率的一对激励换能器晶片和接收换能器晶片紧贴放置并固定在试样表面的中心位置；

S15、在每次激励后，根据触发通道接收到的触发信号，通过接收换能器晶片采集在试样中传播的超声信号并传输至混合域示波器的采集通道；

S2、分别对具有不同平均晶粒尺寸的试样进行超声信号的激发与接收，并对采集的超声信号进行带通滤波预处理；

S3、选取尾波时间窗[t,t+T]以及参考时间窗[t′,t′+T0]的超声信号，分别提取平均功率，根据时间差计算尾波平均功率衰减，具体包括以下子步骤；

S31、根据时间窗口起始点t以及时间窗宽度T，提取选取的尾波时间窗[t,t+T]内不同时刻τ的信号电压幅值V(τ)，计算t时刻的尾波平均功率P(t)为：其中，所述尾波平均功率P(t)表示超声信号尾波部分在t时刻的能量状态；

S32、根据时间窗口起始点t′以及时间窗宽度T0，提取选取的参考时间窗[t′,t′+T0]内不同时刻τ的信号电压幅值V(τ)，在选定的参考时间窗[t′,t′+T0]内，计算t0＝t′+T0/2时刻的参考平均功率P(t0)为：其中，所述参考平均功率P(t0)表示超声信号主波部分在t0时刻的能量状态；

S33、根据超声信号在t和t0时刻的尾波平均功率P(t)及参考平均功率P(t0)以及时间差Δt＝t‑t0构建尾波平均功率等效衰减系数模型，计算试样的尾波平均功率衰减 尾波平均功率等效衰减系数模型如下所示：所述尾波平均功率衰减 表示间隔Δt的尾波功率耗散；

步骤S3中提取的尾波时间窗及参考时间窗，分别位于超声信号的尾波部分及主波部分；对尾波部分的选择以两倍最短边界回波的到达时间为起始时刻，且所选尾波时间窗内的尾波信号具有高信噪比；

S4、基于尾波平均功率等效衰减系数模型，建立试样平均晶粒尺寸d与尾波平均功率衰减 之间的对数线性模型如下所示：其中，θ1、θ2分别表示模型第一拟合参数和模型第二拟合参数；

步骤S4中模型第一拟合参数和模型第二拟合参数通过最小二乘法进行评估；

S5、利用多晶材料平均晶粒尺寸检测系统采集待检测未知晶粒尺寸多晶材料的超声信号后进行滤波，根据步骤S3提取多晶材料的尾波平均功率衰减 并基于步骤S4所述对数线性模型确定多晶材料的平均晶粒尺寸 计算方法如下：

2.根据权利要求1所述的基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：S21、对各试样进行随机切块取样，并获取实际晶粒尺寸；

S22、采用脉冲回波的方式对各试样进行检测，激励换能器晶片在试样中产生激励超声信号，接收换能器晶片接收在试样内传输的超声信号；

S23、重复执行步骤S21和步骤S22，直至获取具有不同平均晶粒尺寸的试样对应的超声信号，并对超声信号进行带通滤波预处理。

3.根据权利要求1所述的基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，其特征在于，步骤S2中接收换能器晶片接收的信号为混合域示波器128次连续信号采集的平均值。

4.根据权利要求1所述的基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，其特征在于，步骤S2中采用脉冲回波的方式对各试样中的超声信号进行检测。

5.根据权利要求1所述的基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，其特征在于，步骤S21中试样实际晶粒尺寸d借助于电子背散射衍射技术量化得到。

6.根据权利要求1所述的基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，其特征在于，步骤S1中所述多晶材料平均晶粒尺寸检测系统包括任意函数生成器、三通接头、高压功率放大器、激励换能器晶片、接收换能器晶片、混合域示波器和上位控制器；

所述任意函数生成器单通道输出超声波并传输至所述三通接头，所述三通接头具有两个输出端，第一输出端连接至高压功率放大器，经放大后传递给激励超声换能器晶片，第二输出端直接传递给混合域示波器的触发通道；所述激励换能器晶片用于产生激励超声信号，所述接收换能器用于接收传输的超声信号并将所述超声信号传输至所述上位控制器。

说明书

基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法

技术领域

[0001] 本发明属于多晶材料晶粒尺寸无损检测技术领域，特别涉及一种基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法。

背景技术

[0002] 作为制造现代先进航空发动机涡轮盘等核心零件的代表性关键材料，镍基高温合金广泛应用在某些先进航空发动机中。由于受到加工工艺限制，目前涡轮盘用大规格高温合金坯件在加工过程中容易出现材料晶粒组织不均匀的现象，部分晶粒粗大，导致拉伸强度和抗疲劳性能下降，机械性能分散性大，严重时导致产品失效报废，严重影响装备完整性和可靠性。因此，开发一种高效、准确的合金坯件晶粒尺寸评估方法，有助于在批量生产条件下实现高温合金涡轮盘的质量稳定，具有重要的工程实用价值。

[0003] 目前常用的晶粒尺寸检测方法主要分为两类：破坏性检测方法和无损检测方法。破坏性检测技术如光学金相法，电子背散射衍射方法，通过从待检测的试样上切割小试块后，通过光学或电子显微镜拍摄试块表面的晶粒组织特征，进而评估平均晶粒尺寸。虽然破坏性检测方法可以高精度地表征晶粒微观结构，但切割试样对于工程实际的待测结构往往是不允许的，且检测成本高昂，这就限制了其应用范围。因此，无损检测技术得到了高度发展，如X射线检测方法、体波超声检测方法等。X射线检测方法利用X射线在待测物体中传播时与物质相互作用产生衰减或散射的特性观察物体内部晶粒微观结构，但设备价格昂贵，而且需要长时测量，效率低下。基于体波超声的检测方法通过在材料中产生超声波，并分析在其中与材料内部微观组织作用后波的特性，以评估材料性质。选用的体波超声波形特征主要包括波速特征、背散射特征和衰减特征。波速特征的原理是根据被测材料的厚度及两次回波之间的时间延迟时间计算声速，进而评估平均晶粒尺寸，但波速与晶粒尺寸间的关系在一定晶粒尺寸范围下非单调，且对部分金属材料敏感性较弱，需要精确的测量系统来进行检测。背散射特征关注超声波在材料中与内部声阻抗失配的晶粒界面作用而产生的大量散射波，在时域信号上表现为主波及回波信号之间类似噪声的扰动信号，但背散射信号需要通过多次空间采样平均提取，效率低。衰减特征指超声波在材料内部的传播过程中，所携带的能量会随传播距离的增加而减弱，基于此可观测脉冲回波法中表面回波和各次底波幅值的依次下降评估晶粒尺寸，稳定性较好，但由于体波超声的局限性，只能检测单一路径的平均晶粒尺寸，对大型结构需进行空间密集布点采样，效率较低，可能导致局部晶粒异常的漏检。

[0004] 尾波是超声波在非均匀介质中多次散射形成的，表现为直达波后面的尾部。由于尾波相比于体波在更长的时间尺度上对空间起到重复采样作用，对微观晶粒组织特征具有更高的敏感性，并且可以在单一传感器位置通过单次测量实现大范围的晶粒尺寸评估。因此，结合超声波衰减特征和尾波检测的优势，寻求一种基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，以高效地实现平均晶粒尺寸评估是十分迫切且极为重要的。

发明内容

[0005] 本发明针对上述现有技术中的缺陷，提出一种基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法。其首先通过制备若干与待检测的多晶材料具有相同厚度的试样，确定激励信号的方式和参数，之后搭建多晶材料平均晶粒尺寸检测系统；分别对具有不同平均晶粒尺寸的试样进行超声信号的激发与接收，进行带通滤波预处理；选取尾波时间窗以及参考时间窗的信号，分别提取平均功率，根据时间差计算尾波平均功率衰减；基于等效衰减系数模型，建立试样平均晶粒尺寸与尾波平均功率衰减之间的对数线性模型；采集待检测未知晶粒尺寸多晶材料的信号，滤波后提取相应的尾波平均功率衰减，根据对数线性模型确定多晶材料的平均晶粒尺寸。本发明相比于传统的体波方法，检测效率高、相对容易、实用性强且检测结果更加准确。

[0006] 具体地，本发明提供一种基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，其包括以下步骤：

[0007] S1、制备若干与待检测的多晶材料具有相同厚度的试样，确定激励信号的方式和参数，搭建多晶材料平均晶粒尺寸检测系统；

[0008] S2、分别对具有不同平均晶粒尺寸的试样进行超声信号的激发与接收，并对采集的超声信号进行带通滤波预处理；

[0009] S3、选取尾波时间窗[t,t+T]以及参考时间窗[t',t'+T0]的超声信号，分别提取平均功率，根据两者的时间差计算尾波平均功率衰减，该步骤包括以下子步骤：

[0010] S31、根据时间窗口起始点t以及时间窗宽度T，提取选定的尾波时间窗[t,t+T]内不同时刻τ的信号电压幅值V(τ)，计算t时刻的尾波平均功率P(t)：

[0011]

[0012] 尾波平均功率P(t)表示超声信号尾波部分在t时刻的能量状态；

[0013] S32、根据时间窗口起始点t'以及时间窗宽度T0，提取选定的尾波时间窗[]t',t'+T0]内不同时刻τ的信号电压幅值V(τ)，在选定的参考时间窗[t',t'+T0]内，计算t0＝t'+T0/2时刻的参考平均功率为P(t0)：

[0014]

[0015] 参考平均功率P(t0)表示超声信号主波部分在t0时刻的能量状态；

[0016] S33、根据超声信号在t和t0时刻的尾波平均功率P(t)及参考平均功率P(t0)以及时间差Δt＝t‑t0，计算尾波平均功率衰减 为：

[0017]

[0018] 尾波平均功率衰减 表示由于晶粒散射和其他因素造成的间隔Δt的尾波功率耗散；

[0019] S4、基于等效衰减系数模型，建立试样平均晶粒尺寸d与尾波平均功率衰减 之间的对数线性模型：

[0020]

[0021] 其中，θ1、θ2分别表示模型第一拟合参数和模型第二拟合参数，通过最小二乘法进行评估；

[0022] S5、利用多晶材料平均晶粒尺寸检测系统采集待检测未知晶粒尺寸多晶材料的超声信号后进行滤波，根据步骤S3提取多晶材料的尾波平均功率衰减 并基于步骤S4所述对数线性模型确定多晶材料的平均晶粒尺寸 计算方法如下：

[0023]

[0024] 优选的，所述步骤S1具体包括以下子步骤：

[0025] S11、根据待检测多晶材料的材料成分信息，制备若干化学成分相同且具有不同平均晶粒尺寸的试样，并切割为与待检测多晶材料厚度一致的板状试样；

[0026] S12、用于激励超声信号的激励源为具有单一中心频率的汉宁窗调制正弦波脉冲，依据待检测多晶材料弹性性质以及厚度信息选择超声信号频率；

[0027] S13、利用任意函数生成器单通道输出超声波，通过三通接头形成两个输出端，其中第一输出端连接至高压功率放大器，经放大后传递至激励超声换能器晶片，第二输出端直接传递至混合域示波器的触发通道；

[0028] S14、对于每一块试样，将具有相同中心频率的一对激励换能器晶片和接收换能器晶片紧贴放置并固定在试样表面的中心位置；

[0029] S15、在每次激励后，根据触发通道接收到的触发信号，通过接收换能器晶片采集在试样中传播的超声信号并传输至混合域示波器的采集通道。

[0030] 优选的，所述步骤S2具体包括以下子步骤：

[0031] S21、对各试样进行随机切块取样，并获取实际晶粒尺寸；

[0032] S22、采用脉冲回波的方式对各试样进行检测，激励换能器晶片在试样中产生激励超声信号，接收换能器晶片接收在试样内传输的超声信号；

[0033] S23、重复执行步骤S21和步骤S22，直至获取具有不同平均晶粒尺寸的试样对应的超声信号，并对超声信号进行带通滤波预处理。

[0034] 优选的，步骤S2中接收换能器晶片接收的信号为混合域示波器128次连续信号采集的平均值。

[0035] 优选地，步骤S2中采用脉冲回波的方式对各试样中的超声信号进行检测。

[0036] 优选地，步骤S3中提取的尾波时间窗及参考时间窗，分别位于超声信号的尾波部分及主波部分。

[0037] 优选地，对尾波部分的选择以两倍最短边界回波的到达时间为起始时刻，且所选尾波时间窗内的尾波信号具有高信噪比。

[0038] 优选地，步骤S21中试样平均晶粒尺寸d借助于电子背散射衍射技术量化得到。

[0039] 优选地，步骤S4中模型第一拟合参数和模型第二拟合参数通过最小二乘法进行评估。

[0040] 优选地，步骤S1中所述多晶材料平均晶粒尺寸检测系统包括任意函数生成器、三通接头、高压功率放大器、激励换能器晶片、接收换能器晶片、混合域示波器和上位控制器；

[0041] 所述任意函数生成器单通道输出超声波并传输至所述三通接头，所述三通接头具有两个输出端，第一输出端连接至高压功率放大器，经放大后传递给激励超声换能器晶片，第二输出端直接传递给混合域示波器的触发通道；所述激励换能器晶片用于产生激励超声信号，所述接收换能器用于接收传输的超声信号并将所述超声信号传输至所述上位控制器。

[0042] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：

[0043] (1)本发明提出的基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，以超声散射理论为理论基础，利用多晶材料内微观结构对超声波性质的影响，通过分别截取尾波时间窗及参考时间窗，提取与材料平均晶粒尺寸对应的尾波平均功率衰减，构建试样平均晶粒尺寸d与尾波平均功率衰减 之间的对数线性模型，之后获取待检测多晶材料的尾波平均功率衰减，根据上述对数线性模型确定待检测多晶材料的平均晶粒尺寸；该检测方法无需破坏待检测多晶材料即能够准确获取多晶材料的平均晶粒尺寸，其方法结合了超声波衰减特征和尾波检测的优势，提出一种利用尾波平均功率衰减的方式来量化评估多晶材料的平均晶粒尺寸，检测效率高、测量鲁棒性好。

[0044] (2)本发明提出的基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，与采用直达波衰减的传统超声法相比，采用尾波部分的衰减用于评估超声波与材料，可以在单一传感器位置通过单次测量评估大范围晶粒尺寸信息，具有更高的检测效率；采用平均功率用于描述超声波的能量状态，避免了在高度非均匀结构内传播后的超声幅值难以提取、易受干扰的缺点，实现更为鲁棒的晶粒尺寸评估，电子背散射衍射技术测量的真实晶粒尺寸被包含在获取的晶粒尺寸预测的99％置信区间内，说明了预测的可靠性。

附图说明

[0045] 通过参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

[0046] 图1是本发明的基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法流程图；

[0047] 图2是本发明的实施例中多晶材料平均晶粒尺寸检测系统及流程示意图；

[0048] 图3是本发明的实施例中试样尺寸及换能器布置示意图；

[0049] 图4是本发明的实施例中所测得的不同试样下参考时间窗及尾波时间窗内滤波后的波形对比图；

[0050] 图5是本发明的实施例中采用对数线性拟合建立的试样平均晶粒尺寸与尾波平均功率衰减的对数线性关系与试样及待检测多晶材料实验值的对比。

具体实施方式

[0051] 下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

[0052] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

[0053] 本发明提出了一种基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

[0054] S1、制备若干与待检测的多晶材料具有相同厚度的试样，确定激励信号的方式和参数，搭建多晶材料平均晶粒尺寸检测系统。

[0055] 多晶材料平均晶粒尺寸检测系统包括任意函数生成器、BNC三通接头、高压功率放大器、激励换能器晶片、接收换能器晶片、混合域示波器和上位控制器。任意函数生成器单通道输出超声波并传输至三通接头，三通接头具有两个输出端，第一输出端连接至高压功率放大器，经放大后传递给激励超声换能器晶片，第二输出端直接传递给混合域示波器的触发通道；激励换能器晶片用于产生激励超声信号，接收换能器用于接收传输的超声信号并将超声信号传输至上位控制器。本实施例中，上位控制器为计算机。

[0056] 该步骤具体包括以下子步骤：

[0057] S11、根据待检测的多晶材料(也可以称为多晶金属材料或多晶金属结构)的材料成分信息，通过调整热处理工艺参数，制备若干化学成分相同且具有不同平均晶粒尺寸的试样，并切割为与待测结构厚度一致的板状试样。

[0058] S12、用于激励超声信号的激励源是具有单一中心频率的汉宁窗调制正弦波脉冲，依据预先了解的待检测多晶材料弹性性质以及厚度信息，选择超声信号频率以平衡晶粒尺寸测量的灵敏度和分辨率。

[0059] S13、利用任意函数生成器单通道输出超声波，通过BNC三通接头形成两个输出端，其中第一输出端连接至高压功率放大器，经放大后传递给激励超声换能器晶片，第二输出端直接传递给混合域示波器的触发通道。

[0060] S14、对于每一块试样，准备具有相同中心频率的一对激励换能器晶片和接收换能器晶片并将两者紧贴放置，通过胶水固定在试样表面的中心位置。

[0061] S15、在每次激励后，根据触发通道接收到的触发信号，通过接收换能器晶片采集在试样中传播的超声信号，并传输给混合域示波器的采集通道以进行后续数据处理。

[0062] S2、分别对具有不同平均晶粒尺寸的试样进行超声信号的激发与接收，对采集的超声信号进行带通滤波预处理。该步骤具体包括以下子步骤：

[0063] S21、对各试样进行随机切块取样，并采用电子背散射衍射技术量化其真实晶粒尺寸作为参考。

[0064] S22、采用脉冲回波的方式对各试样进行检测，激励换能器晶片在试样中产生激励超声信号，接收换能器接收在试样内传输的超声信号。接收换能器接收的超声信号为混合域示波器128次连续信号采集的平均值。

[0065] S23、重复执行步骤S21和步骤S22，直至获取具有不同平均晶粒尺寸的试样对应的超声信号，并对超声信号进行带通滤波预处理，去除与晶粒尺寸评估无关的频率成分。

[0066] S3、选取尾波时间窗[t,t+T]以及参考时间窗[t',t'+T0]的超声信号，分别提取两者的平均功率，根据时间差计算尾波平均功率衰减。该步骤具体包括以下子步骤：

[0067] S31、根据时间窗口起始点t以及时间窗宽度T，提取选取的尾波时间窗[t,t+T]内不同时刻τ的信号电压幅值V(τ)，计算t时刻的尾波平均功率P(t)为：

[0068]

[0069] 尾波平均功率P(t)表示超声信号尾波部分在t时刻的能量状态。对尾波部分的选择以两倍最短边界回波的到时为起始时刻为优，且所选时间窗内的尾波信号必须具有较高的信噪比。

[0070] S32、根据时间窗口起始点t'以及时间窗宽度T0，提取选定的尾波时间窗[t',t'+T0]内不同时刻τ的信号电压幅值V(τ)，在选定的参考时间窗[t',t'+T0]内，计算t0＝t'+T0/2时刻的参考平均功率为P(t0)：

[0071]

[0072] 参考平均功率P(t0)表示超声信号主波部分在t0时刻的能量状态。

[0073] S33、根据超声信号在t和t0时刻的尾波平均功率P(t)及参考平均功率P(t0)以及时间差Δt＝t‑t0，计算尾波平均功率衰减 为：

[0074]

[0075] 尾波平均功率衰减 表示由于晶粒散射和其他因素造成的间隔Δt的尾波功率耗散。

[0076] S4、基于等效衰减系数模型，建立试样平均晶粒尺寸d与尾波平均功率衰减 之间的对数线性模型：

[0077]

[0078] 其中，θ1、θ2分别表示模型第一拟合参数和模型第二拟合参数，两者均通过最小二乘法进行评估。

[0079] S5、采集待检测未知晶粒尺寸多晶材料的超声信号，根据步骤S3提取待检测未知晶粒尺寸多晶材料的尾波平均功率衰减 并根据S4中所述对数线性模型确定多晶材料的平均晶粒尺寸 为：

[0080]

[0081] 以下将结合一个具体的多晶材料晶粒尺寸检测案例对本发明做进一步的详细说明，整体流程如图2所示。

[0082] S1、制备五块与待检测的牌号为GH742的镍基高温合金试样具有相同组分的试样(分别为#1，#2，#3，#4，#5)，试样和待检测的试样的厚度均为5mm，长度为190mm，宽度为100mm，如图3所示，具体过程如下：

[0083] S11、五块试样在热处理环节采用的固溶温度及时间不同，导致它们具有不同的平均晶粒尺寸。

[0084] S12、激励信号为中心频率5MHz的3.5周期汉宁窗调制正弦脉冲。

[0085] S13、利用任意函数生成器(Tektronix，AFG 31022)产生激励信号通过BNC三通接头形成两路输出，其中第一输出端连接至高压功率放大器(Aigtek，ATA‑4012)，经放大后峰峰值为80V，传递给激励换能器晶片(Siansonic，中心频率为5MHz)，第二输出端直接传递给混合域示波器(Tektronix，MDO3104)的触发通道。

[0086] S14、直径为10mm的圆形激励换能器晶片和接收换能器晶片(Siansonic，中心频率为5MHz)紧贴放置，通过502速干胶固定在试样表面的中心位置，如图3所示。

[0087] S15、在每次激励后，根据触发通道接收到的触发信号，通过接收换能器晶片采集在试样中传播的超声信号，并传输给混合域示波器的采集通道。

[0088] S2、对各试样进行随机切块取样，采用电子背散射衍射技术拍摄试样显微组织照片，通过等效直径法得到晶粒尺寸的对数正态分布实验值，取晶粒尺寸的对数正态分布均值作为其真实晶粒尺寸的参考。分别对具有不同平均晶粒尺寸的试样进行超声信号的激发与接收，采集信号在混合域示波器内部预先进行128次连续采集信号的时域平均，输入至上位控制器后采用小波滤波器进行通带为[0.1MHz,10MHz]的带通滤波预处理。

[0089] S3、图4是五块试样所选取的尾波时间窗[66.22μs,77.22μs]以及参考时间窗[0.5μs,40μs]内的超声信号。对晶粒大小敏感的特征是接收信号数据的尾波部分的衰减，而不同的初始接触状态最终会改变传输到结构中的能量，它既影响信号的尾波部分，也影响信号的参考窗部分。由于衰减系数是一个相对值，因此接触状态对信号造成的影响可以被最小化。在这种情况下，不同试样之间的衰减系数的变化在很大程度上归因于不同的晶粒尺寸。对各试样对应信号的时间窗分别提取平均功率，按公式(3)根据时间差计算尾波平均功率衰减。

[0090] S4、如公式(4)所示，对实验结果通过对数线性拟合建立试样平均晶粒尺寸d与尾波平均功率衰减 的对数线性关系模型如图5所示。其中，实心圆标记代表各试样通过电子背散射衍射技术量化得到的参考平均晶粒尺寸与尾波平均功率衰减之间的关系，实线绘制了对数线性最小二乘法拟合结果，拟合得出模型第一拟合参数θ1＝5.5343，模型第二拟合参数θ2＝0.8732。当平均晶粒尺寸增大时，尾波平均功率衰减以对数线性趋势增大。

[0091] S5、采集待检测未知晶粒尺寸多晶材料的信号，滤波后通过步骤S3得到待检测多晶材料相应的尾波平均功率衰减，根据对数线性模型确定多晶材料的平均晶粒尺寸，之后利用电子背散射衍射技术评估真实平均晶粒尺寸用以验证，验证结果如图5中实心方块标记所示。结果表明，由电子背散射衍射技术测量的真实晶粒尺寸被包括在黑色点划线所绘制的模型99％置信区间内，表明所提出的模型可以用于评估待测多晶材料的平均晶粒尺寸，预测结果是非常准确的。

[0092] 本发明提出的基于超声尾波平均功率衰减的多晶材料晶粒尺寸评估方法，利用多晶材料内微观结构对超声波性质的影响，选取超声尾波作为测量信号，通过分别截取尾波时间窗及参考时间窗，提取与材料平均晶粒尺寸对应的尾波平均功率衰减，构建试样平均晶粒尺寸d与尾波平均功率衰减 之间的对数线性模型，通过实验获取待检测多晶材料的尾波平均功率衰减，从而可以高效地检测多晶材料的平均晶粒尺寸；该检测方法结合了超声波衰减特征和尾波检测的优势，能够利用尾波平均功率衰减的方式来量化评估多晶材料的平均晶粒尺寸，检测效率高、测量鲁棒性好且检测结果准确。

[0093] 最后所应说明的是：以上实施例仅以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。