CN103196548A - 一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置 - Google Patents

Abstract

一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，它涉及一种用于测试声场分布的装置，以解决目前没有实验设备用于测试电磁超声体波换能器在试件表面声场分布的问题，它包括第一传动机构、第三传动机构、上平板、下平板、底座、声场检测探头固定调节架、两个立板、两个导向杆和两个第二传动机构，所述底座相对的两侧分别设置有一个第二传动机构和一个立板，两个立板的上端之间设置有第一传动机构和平行设置的两个导向杆，第一传动机构和两个导向杆均安装在两个立板上，第三传动机构分别与上平板和下平板连接，所述声场检测探头固定调节架设置在下平板的板面上。本发明用于测试电磁超声体波换能器声场分布。

Description

一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置

技术领域

本发明涉及一种用于测试声场分布的装置，具体涉及一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置。

背景技术

在生产过程中，金属试件内部不可避免的存在分层、夹杂、气泡等缺陷，在现有无损检测技术中，超声体波是检测金属试件内部缺陷最有效的方式。电磁超声技术兴起于上世纪六七十年代，由于具有无需耦合剂、无需对试件表面预处理、可以在高温高速环境下检测等优势在无损检测领域得到了广泛应用。电磁超声体波综合了电磁超声技术和体波检测的优势，可以有效检测金属试件内部的缺陷。

电磁超声换能器激发的体波主要是横波，但是也会存在一些纵波和端面反射后产生的横纵模式转换波。为研究电磁超声体波换能器激发的声波分布情况，提高电磁超声体波对缺陷的检测能力和检测声波模式纯度，需要一种实验装置来对不同形状试件中电磁超声体波换能器的声场进行测量和描述。但是，目前国内外没有用于测试电磁超声体波换能器在试件表面声场分布的实验设备。

发明内容

本发明的目的是为解决目前没有实验设备用于测试电磁超声体波换能器在试件表面声场分布的问题，进而提供一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置包括第一传动机构、第三传动机构、上平板、下平板、底座、声场检测探头固定调节架、两个立板、两个导向杆和两个第二传动机构，所述底座为上端面为平面的底座，所述底座相对的两侧分别设置有一个第二传动机构和一个立板，两个立板平行设置，每个第二传动机构与相对应的立板的下端连接，每个第二传动机构能带动相应的立板水平往复运动，两个立板的上端之间设置有第一传动机构和平行设置的两个导向杆，第一传动机构和两个导向杆均安装在两个立板上，两个导向杆上穿设有上平板，上平板上连接有第一传动机构，第一传动机构能带动上平板在两个导向杆上水平往复运动，上平板的正下方设置有下平板，上平板与下平板之间设置有第三传动机构，第三传动机构分别与上平板和下平板连接，第三传动机构能带动下平板上下往复运动，所述声场检测探头固定调节架设置在下平板的板面上，声场检测探头固定调节架用于固定调节声场检测探头，并能使声场检测探头作水平面转动和竖直面摆动。

本发明的有益效果是：本发明使用时将声场检测探头固定在安装于下平板上设置的声场检测探头固定调节架的下端面上，声场检测探头可通过上平板水平往复运动、两个立板水平往复运动、以及声场检测探头水平面转动和竖直面摆动进而实现测量和描述电磁超声体波换能器在试件上激发的声场分布，本发明的装置的结构可以用于测量电磁超声换能器在试件表面任意一点激发的表面声场，从而完整地描述电磁超声换能器在试件的表面声场分布情况。本发明的装置可以用于测量电磁超声体波换能器激发的横波和纵波分布，测试结果更加全面。本发明设计合理，结构可靠，运行稳定。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图，图2是本发明的声场检测探头固定调节架的主视结构示意图，图3是图2的俯视图，图4是本发明装置加入试件和电磁超声换能器后的结构示意图，图5是实施例中声场检测探头利用本发明装置用于测量电磁超声体波换能器在半圆柱体试件表面激发声场分布的示意图(图中虚线网格12为声场检测探头9的运动路径网格)。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图4说明本实施方式，本实施方式的一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置包括第一传动机构15、第三传动机构3、上平板1、下平板4、底座8、声场检测探头固定调节架11、两个立板6、两个导向杆14和两个第二传动机构7，所述底座8为上端面为平面的底座，所述底座8相对的两侧分别设置有一个第二传动机构7和一个立板6，两个立板6平行设置，每个第二传动机构7与相对应的立板6的下端连接，每个第二传动机构7能带动相应的立板6水平往复运动，两个立板6的上端之间设置有第一传动机构15和平行设置的两个导向杆14，第一传动机构15和两个导向杆14均安装在两个立板上6，两个导向杆14上穿设有上平板1，上平板1上连接有第一传动机构15，第一传动机构15能带动上平板1在两个导向杆14上水平往复运动，上平板1的正下方设置有下平板4，上平板1与下平板4之间设置有第三传动机构3，第三传动机构3分别与上平板1和下平板4连接，第三传动机构3能带动下平板1上下往复运动，所述声场检测探头固定调节架11设置在下平板4的板面上，声场检测探头固定调节架11用于固定调节声场检测探头9，并能使声场检测探头9作水平面转动和竖直面摆动。

本实施方式使用时用的待测试件5可以为尺寸范围在500mm×500mm×300mm之内的平板，尺寸范围在半径300mm，长度500mm范围内的半圆柱体或尺寸范围在半径300mm范围内的半球体。

具体实施方式二：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式所述第三传动机构3包括四个第三丝杠3-1和四个第三螺母3-2，下平板4的上端面上加工有四个第三通孔，每个第三通孔内安装有一个第三螺母3-2，四个第三螺母3-2的螺纹孔的贯通方向为竖向，四个第三丝杠3-1与四个第三螺母3-2一一对应设置，每个第三丝杠3-1的一端与相应的第三螺母3-2螺纹连接，每个第三丝杠3-1的另一端与上平板1转动连接。如此设置，可更加精确的控制上平板4及其下端声场检测探头固定调节架11沿第三丝杠3-1的长度方向的移动(上下往复运动)。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式所述第一传动机构15包括第一丝杠15-1和第一螺母15-2，第一丝杠15-1与两个导向杆14平行设置，第一丝杠15-1的一端与其中一个立板6转动连接，第一丝杠15-1的另一端与另一个立板6转动连接，上平板1与第一螺母15-2连接，第一丝杠15-1与第一螺母15-2螺纹连接。如此设置，可更加精确的控制上平板1、下平板4以及下端声场检测探头固定调节架11沿第一丝杠15-1的长度方向的移动(水平往复运动)。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式所述每个所述第二传动机构7包括第二丝杠7-1和第二螺母7-2，每个第二丝杠7-1与底座8转动连接，每个第二丝杠7-1上螺纹连接有一个第二螺母7-2，每个第二螺母7-2的周向侧壁与相应的立板6连接。如此设置，可更加精确的控制上平板1、下平板4以及下端声场检测探头固定调节架11沿第二丝杠7-1的长度方向的移动(水平往复运动)。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述声场检测探头固定调节架11包括上转动盘11-1、静止盘11-3、下转动盘11-5和连接杆11-4，下平板4上设置有通孔，静止盘11-3位于通孔内并与下平板4固定连接，上转动盘11-1设置在静止盘11-3的中部且二者转动连接，上转动盘11-1的上表面和静止盘11-3的上表面齐平，静止盘11-3的下端面的中部连接有竖向设置的连接杆11-4，连接杆11-4的下端与下转动盘11-5的上端面的中部连接，下转动盘11-5能上下对称偏转±45°，上转动盘11-1、静止盘11-3和下转动盘11-5同轴设置。如此设置，可更加精确的调节控制声场检测探头固定调节架11水平面圆周运动和竖直面摆动。本实施方式的静止盘11-3的上端面的中部设置有凹槽，上转动盘11-1置于凹槽内，下转动盘11-5的下端面的中部用于安装声场检测探头9。本实施方式的上转动盘能沿平面周向旋转360°。旋转精度可以达到1度，下转动盘能上下对称偏转的角度的精度可以达到1度，满足实际需要。其它与具体实施方式一或四相同。

具体实施方式六：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式所述上平板1和下平板4为形状相同的矩形板。如此设置，设计合理，结构简单。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式七：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式所述两个立板6均为形状相同的矩形板。如此设置，设计合理，结构简单。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式八：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式所述两个导向杆14均为圆柱形导向杆。如此设置，设计合理，结构简单。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：结合图3说明本实施方式，本实施方式所述声场检测探头固定调节架11还包括指针11-2，所述静止盘11-3的上端面上沿其圆周均布设置有刻度线11-6，指针11-2设置在上转动盘11-1的上端面的中部。如此设置，便于指示上转动盘11-1的周向旋转角度，进而能精确控制声场检测探头的周向旋转角度，本实施方式的静止盘上绘制的刻度线最小分辨率为0.5度，满足实际需要。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式十：结合图1和图4说明本实施方式，本实施方式所述第一丝杠15-1、第二丝杠7-1及第三丝杠3-1均为滚珠丝杠。本实施方式的第一丝杠、第二丝杠和第三丝杠的运动精度可优选为0.023mm的丝杠，此时，声场检测探头水平、竖直的移动精度可达0.1mm，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式四相同。

实施例

如图1-图5说明，电磁超声体波换能器位于半圆柱体待测试件5的半圆弧曲面上，声场检测探头9固定在声场检测探头固定调节架11上，所述电磁超声体波换能器静止不动；声场检测探头9在第一传动机构15(第一丝杠15-1和第一螺母15-2)的作用下，沿水平方向移动(移动精度可达0.1mm)，在第二传动机构7(第二丝杠7-1和第二螺母7-2)的作用线，沿水平方向移动(移动精度可达0.1mm)，运动路线图4所示，声场检测探头9在第一传动机构15的作用下运动时，通过声场检测探头固定调节架的调节，实现声场检测探头9的偏转角度±45°，室声场检测探头9与半圆柱体待测试件半圆弧曲面相切，同时，在第三传动机构3(第三丝杠3-1和第三螺母3-2)的作用下(移动精度可达0.1mm)，保证声场检测探头9与半圆柱体待测试件5的半圆弧曲面之间存在一个较小的提离距离，既避免声场检测探头9在运动过程中的磨损，又保证声场检测探头9接收信号的强度，运动过程中声场检测探头9记录每个网格12节点处体波声场，网格12节点之间的体波声场通过插值方式获得，最终获得电磁超声体波换能器在半圆柱体待测试件5表面激发的体波声场分布。

工作过程

结合图1-图3说明本发明的工作过程，使用时，将试件5水平放置于底座8的上端面上，在试件5的一侧放置电磁超声换能器17，通过上平板1沿两个导向杆14长度方向的滑动、下平板4在第三传动机构3的带动下上下往复运动以及声场检测探头9通过声场检测探头固定调节架11的调节使声场检测探头9的周向运动和上下摆动，四者共同配合来实现表面声场检测探头9在整个试件表面各个位置的移动，从而使表面声场检测探头9能够测量电磁超声换能器11在整个试件表面超声声场的分布，测量电磁超声换能器11在试件5表面任意一点激发的表面声场，从而完整地用于测试电磁超声换能器在待测试件5表面激发的体波声场分布情况。

Claims (10)

1.一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，其特征在于：所述装置包括第一传动机构(15)、第三传动机构(3)、上平板(1)、下平板(4)、底座(8)、声场检测探头固定调节架(11)、两个立板(6)、两个导向杆(14)和两个第二传动机构(7)，所述底座(8)为上端面为平面的底座，所述底座(8)相对的两侧分别设置有一个第二传动机构(7)和一个立板(6)，两个立板(6)平行设置，每个第二传动机构(7)与相对应的立板(6)的下端连接，每个第二传动机构(7)能带动相应的立板(6)水平往复运动，两个立板(6)的上端之间设置有第一传动机构(15)和平行设置的两个导向杆(14)，第一传动机构(15)和两个导向杆(14)均安装在两个立板上(6)，两个导向杆(14)上穿设有上平板(1)，上平板(1)上连接有第一传动机构(15)，第一传动机构(15)能带动上平板(1)在两个导向杆(14)上水平往复运动，上平板(1)的正下方设置有下平板(4)，上平板(1)与下平板(4)之间设置有第三传动机构(3)，第三传动机构(3)分别与上平板(1)和下平板(4)连接，第三传动机构(3)能带动下平板(1)上下往复运动，所述声场检测探头固定调节架(11)设置在下平板(4)的板面上，声场检测探头固定调节架(11)用于固定调节声场检测探头(9)，并能使声场检测探头(9)作水平面转动和竖直面摆动。

2.根据权利要求1所述的一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，其特征在于：所述第三传动机构(3)包括四个第三丝杠(3-1)和四个第三螺母(3-2)，下平板(4)的上端面上加工有四个第三通孔，每个第三通孔内安装有一个第三螺母(3-2)，四个第三螺母(3-2)的螺纹孔的轴线竖向设置，四个第三丝杠(3-1)与四个第三螺母(3-2)一一对应设置，每个第三丝杠(3-1)的一端与相应的第三螺母(3-2)螺纹连接，每个第三丝杠(3-1)的另一端与上平板(1)转动连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，其特征在于：所述第一传动机构(15)包括第一丝杠(15-1)和第一螺母(15-2)，第一丝杠(15-1)与两个导向杆(14)平行设置，第一丝杠(15-1)的一端与其中一个立板(6)转动连接，第一丝杠(15-1)的另一端与另一个立板(6)转动连接，上平板(1)与第一螺母(15-2)连接，第一丝杠(15-1)与第一螺母(15-2)螺纹连接。

4.根据权利要求3所述的一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，其特征在于：每个所述第二传动机构(7)包括第二丝杠(7-1)和第二螺母(7-2)，每个第二丝杠(7-1)与底座(8)转动连接，每个第二丝杠(7-1)上螺纹连接有一个第二螺母(7-2)，每个第二螺母(7-2)的周向侧壁与相应的立板(6)连接。

5.根据权利要求1或4所述的一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，其特征在于：所述声场检测探头固定调节架(11)包括上转动盘(11-1)、静止盘(11-3)、下转动盘(11-5)和连接杆(11-4)，下平板(4)上设置有通孔，静止盘(11-3)位于通孔内并与下平板(4)固定连接，上转动盘(11-1)设置在静止盘(11-3)的中部且二者转动连接，上转动盘(11-1)的上表面和静止盘(11-3)的上表面齐平，静止盘(11-3)的下端面的中部连接有竖向设置的连接杆(11-4)，连接杆(11-4)的下端与下转动盘(11-5)的上端面的中部连接，下转动盘(11-5)能上下对称偏转±45°，上转动盘(11-1)、静止盘(11-3)和下转动盘(11-5)同轴设置。

6.根据权利要求1或2所述的一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，其特征在于：所述上平板(1)和下平板(4)为形状相同的矩形板。

7.根据权利要求1或2所述的一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，其特征在于：所述两个立板(6)均为形状相同的矩形板。

8.根据权利要求1所述的一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，其特征在于：所述两个导向杆(14)均为圆柱形导向杆。

9.根据权利要求5所述的一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，其特征在于：所述声场检测探头固定调节架(11)还包括指针(11-2)，所述静止盘(11-3)的上端面上沿其圆周均布设置有刻度线(11-6)，指针(11-2)设置在上转动盘(11-1)的上端面的中部。

10.根据权利要求4所述的一种用于测试电磁超声体波换能器声场分布的实验装置，其特征在于：所述第一丝杠(15-1)、第二丝杠(7-1)及第三丝杠(3-1)均为滚珠丝杠。

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