CN103234625A - 一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置 - Google Patents

Abstract

一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，属于电磁超声换能器的实验装置领域。本发明为解决现有实验设备不能有效测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的问题。装置包括上固定板、下固定板、底架、两个侧面固定板、支撑杆、丝杠组和表面声场检测探头，两个滑轨相互平行且均为水平直轨，两个侧面固定板分别竖直设置在底架的左右两侧，两个侧面固定板相互平行且二者的内侧面上相同高度处分别设置有两个承载板，两个支撑杆的两端分别垂直固定在两个侧面固定板的内侧面上，上固定板搭放在两个支撑杆上，表面声场检测探头水平固定在下固定板的上板面上。本发明用于测量电磁超声换能器在试件表面的声场分布。

Description

一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置

技术领域

本发明涉及一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，属于电磁超声换能器的实验装置领域。

背景技术

电磁超声技术具有无需表面预处理、无需耦合剂、检测速度快和检测高温物体等优点，在无损检测和无损评估领域得到了广泛应用。目前国内外学者通过理论建模计算电磁超声换能器声场分布，研究电磁超声换能器工作机理和提高电磁超声换能器换能效率。为验证所建模型的正确性，需要设计合适的实验对仿真结果进行验证，一般采用传感器测量试件表面声场分布。目前对电磁超声换能器在试件表面声场分布的测量倾向于点测量和线测量，不能将电磁超声换能器在整个试件表面的超声声场分布描述出来。目前国内外没有能够有效测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验设备。

发明内容

本发明为解决现有实验设备不能有效测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的问题。

为解决上述技术问题提供一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，所述装置包括上固定板、下固定板、底架、两个侧面固定板、支撑杆、丝杠组和表面声场检测探头，所述底架的上端为水平面，底架的左右两侧分别固定设置有滑轨，两个滑轨相互平行且均为水平直轨，两个侧面固定板分别竖直设置在底架的左右两侧，两个侧面固定板相互平行且二者的内侧面上相同高度处分别设置有两个承载板，两个承载板的一端分别固定连接在两个侧面固定板的内侧，两个承载板的另一端分别搭放在两个滑轨上，所述支撑杆共两个，两个支撑杆的两端分别垂直固定在两个侧面固定板的内侧面上且两个支撑杆设置在底架上方的相同高度处，上固定板搭放在两个支撑杆上，所述丝杠组为多个丝杠相互平行所组成，丝杠组内每个丝杠的上端垂直设置在上固定板上，丝杠组内每个丝杠的下端垂直固定在下固定板的上端面上，表面声场检测探头水平固定在下固定板的上板面上。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明使用时将试件水平放置于底架的上端面上，表面声场检测探头可以通过上固定板沿两个支撑杆长度方向的滑动以及两个承载板沿两个滑轨长度方向的滑动来实现对整个试件表面超声声场分布的测量，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。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，图2为图1中加入试件和电磁超声换能器后的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，所述装置包括上固定板1、下固定板3、底架6、两个侧面固定板10、支撑杆13、丝杠组2和表面声场检测探头9，所述底架6的上端为水平面，底架6的左右两侧分别固定设置有滑轨22，两个滑轨22相互平行且均为水平直轨，两个侧面固定板10分别竖直设置在底架6的左右两侧，两个侧面固定板10相互平行且二者的内侧面上相同高度处分别设置有两个承载板15，两个承载板15的一端分别固定连接在两个侧面固定板10的内侧，两个承载板15的另一端分别搭放在两个滑轨22上，所述支撑杆13共两个，两个支撑杆13的两端分别垂直固定在两个侧面固定板10的内侧面上且两个支撑杆13设置在底架6上方的相同高度处，上固定板1搭放在两个支撑杆13上，所述丝杠组2为多个丝杠相互平行所组成，丝杠组2内每个丝杠的上端垂直设置在上固定板1上，丝杠组2内每个丝杠的下端垂直固定在下固定板3的上端面上，表面声场检测探头9水平固定在下固定板3的上板面上。

丝杠的位移精度计算公式为

$\mathrm{ds}=\frac{{\mathrm{\θ}}_0}{{360n}_0}{l}_0$

式中ds——位移精度；

θ₀——步进电机步距角；

l₀——丝杠螺距长度。

n₀——步进电机自身细分数。

齿轮齿条位移精度的计算公式为

$\mathrm{ds}=\frac{{\mathrm{\θ}}_0}{{360n}_0}2\mathrm{\πr}$

式中r——齿轮母线半径。

具体实施方式二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述丝杠组2共包含四条丝杠，上固定板1和下固定板3为形状相同的矩形板且上固定板1的板面面积大于下固定板3的板面面积，四条丝杠的下端分别固定在下固定板3的四个顶角处，如此设置，使上固定板1与下固定板3更加稳定，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述两个侧面固定板10中的一个板上固定设置有第一步进电机12，第一步进电机12转轴的一端与第一丝杠11的一端转动连接，上固定板1的下板面上固定设置有螺母，螺母的螺纹孔贯通方向平行于支撑杆13，第一丝杠11穿在螺母上且与螺母螺纹连接，两个侧面固定板10其中的另一个板上设置有一个通孔，第一丝杠11的另一端穿在通孔上，所述第一丝杠11和第一步进电机12的转轴均与支撑杆13相平行，如此设置，可更加精确的控制上固定板1及其下端相应部件沿支撑杆13长度方向的移动，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：第一步进电机12带动上固定板1沿第一丝杠11的轴线方向的位移精度≤0.1mm，其他组成和连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述底架6左右两侧的两个滑轨22的下方分别设置有滑轨架23，滑轨架23的一侧固定在底架6的侧面上，滑轨架23的上侧分别与两个滑轨22固定连接，如此设置，使两个滑轨22更加稳固，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述两个侧面固定板10中的一个板上还固定设置有第二步进电机5，第二步进电机5的转轴上固定套接有第一外齿齿轮，第一外齿齿轮与第二步进电机5的转轴共中心轴线，与第二步进电机5相邻的滑轨架23的下侧固定设置有第一齿条18，第一齿条18的长度方向与底架6的上板面及两侧面固定板10分别平行，第一外齿齿轮与第一齿条18传动链接，如此设置，使两个侧面固定板10以及其上的相应部件沿两个滑轨22长度方向的移动控制的更加精确，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：两个侧面固定板10中与设置有第二步进电机5的板相对的另一个板上固定设置有第三步进电机8，第三步进电机8的转轴上固定套接有第二外齿齿轮，第二外齿齿轮与第三步进电机8的转轴共中心轴线，与第三步进电机8相邻的滑轨架23的下侧固定设置有第二齿条20，第二齿条20的第一齿条18相平行，第二齿条20与第二外齿齿轮传动链接，如此设置，使两个侧面固定板10以及其上的相应部件沿两个滑轨22长度方向的移动控制的更加精确，同时，两个侧面固定板10移动的更加同步，其他组成和连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述第二步进电机5和第三步进电机8带动两个侧面固定板10沿齿条长度方向的位移精度≤0.1mm，其他组成和连接关系与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述上固定板1上与丝杠组2的四个丝杠上端相对应的位置分别开有四个丝杠孔，丝杠组2的四个丝杠穿过所对应的丝杠孔，丝杠组2的四个丝杠的上端分别旋紧有丝杠螺母21，如此设置，可有效控制下固定板3沿竖直方向的运动，其他组成和连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式十：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述滑轨22的截面为圆柱形，如此设置，可有效减小两个滑轨22与两个承载板15之间的摩擦力，便于两个承载板15的滑动，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式十一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：丝杠组2沿竖直方向的位移分辨率≤0.1mm，放入试件后，表面声场检测探头12与试件之间的距离≤5mm，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式十二：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：丝杠组2和第一丝杠11的位移精度为0.78μm，第二步进电机5和第三步进电机8带动两个侧面固定板10沿齿条长度方向的位移精度为0.015mm，其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。

工作原理：

结合图1和图2，本发明所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，使用时，将试件4水平放置于底架6的上端面上，在试件4的一侧放置电磁超声换能器14，通过上固定板1沿两个支撑杆13长度方向的滑动、两个承载板15沿两个滑轨22长度方向的滑动以及丝杠组2沿竖直方向的移动，三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14在整个试件表面超声声场的分布，测量电磁超声换能器14在试件4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的表面声场分布情况。

Claims (10)

1.一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述装置包括上固定板（1）、下固定板（3）、底架（6）、两个侧面固定板（10）、支撑杆（13）、丝杠组（2）和表面声场检测探头（9），所述底架（6）的上端为水平面，底架（6）的左右两侧分别固定设置有滑轨（22），两个滑轨（22）相互平行且均为水平直轨，两个侧面固定板（10）分别竖直设置在底架（6）的左右两侧，两个侧面固定板（10）相互平行且二者的内侧面上相同高度处分别设置有两个承载板（15），两个承载板（15）的一端分别固定连接在两个侧面固定板（10）的内侧，两个承载板（15）的另一端分别搭放在两个滑轨（22）上，所述支撑杆（13）共两个，两个支撑杆（13）的两端分别垂直固定在两个侧面固定板（10）的内侧面上且两个支撑杆（13）设置在底架（6）上方的相同高度处，上固定板（1）搭放在两个支撑杆（13）上，所述丝杠组（2）为多个丝杠相互平行所组成，丝杠组（2）内每个丝杠的上端垂直设置在上固定板（1）上，丝杠组（2）内每个丝杠的下端垂直固定在下固定板（3）的上端面上，表面声场检测探头（9）水平固定在下固定板（3）的上板面上。

2.根据权利要求1所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述丝杠组（2）共包含四条丝杠，上固定板（1）和下固定板（3）为形状相同的矩形板且上固定板（1）的板面面积大于下固定板（3）的板面面积，四条丝杠的下端分别固定在下固定板（3）的四个顶角处。

3.根据权利要求1所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述两个侧面固定板（10）其中的一个板上固定设置有第一步进电机（12），第一步进电机（12）转轴的一端与第一丝杠（11）的一端转动连接，上固定板（1）的下板面上固定设置有螺母，螺母的螺纹孔贯通方向平行于支撑杆（13），第一丝杠（11）穿在螺母上且与螺母螺纹连接，两个侧面固定板（10）其中的另一个板上设置有一个通孔，第一丝杠（11）的另一端穿在通孔上，所述第一丝杠（11）和第一步进电机（12）的转轴均与支撑杆（13）相平行。

4.根据权利要求3所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：第一步进电机（12）带动上固定板（1）沿第一丝杠（11）的轴线方向的位移精度≤0.1mm。

5.根据权利要求1所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述底架（6）左右两侧的两个滑轨（22）的下方分别设置有滑轨架（23），滑轨架（23）的一侧固定在底架（6）的侧面上，滑轨架（23）的上侧分别与两个滑轨（22）固定连接。

6.根据权利要求1所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述两个侧面固定板（10）其中的一个板上还固定设置有第二步进电机（5），第二步进电机（5）的转轴上固定套接有第一外齿齿轮，第一外齿齿轮与第二步进电机（5）的转轴共中心轴线，与第二步进电机（5）相邻的滑轨架（23）的下侧固定设置有第一齿条（18），第一齿条（18）的长度方向与底架（6）的上板面及两侧面固定板（10）分别平行，第一外齿齿轮与第一齿条（18）传动链接。

7.根据权利要求5所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：两个侧面固定板（10）中与设置有第二步进电机（5）的板相对的另一个板上固定设置有第三步进电机（8），第三步进电机（8）的转轴上固定套接有第二外齿齿轮，第二外齿齿轮与第三步进电机（8）的转轴共中心轴线，与第三步进电机（8）相邻的滑轨架（23）的下侧固定设置有第二齿条（20），第二齿条（20）的第一齿条（18）相平行，第二齿条（20）与第二外齿齿轮传动链接。

8.根据权利要求7所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述第二步进电机（5）和第三步进电机（8）带动两个侧面固定板（10）沿齿条长度方向的位移精度≤0.1mm。

9.根据权利要求2所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述上固定板（1）上与丝杠组（2）的四个丝杠上端相对应的位置分别开有四个丝杠孔，丝杠组（2）的四个丝杠穿过所对应的丝杠孔，丝杠组（2）的四个丝杠的上端分别旋紧有丝杠螺母（21）。

10.根据权利要求1所述一种测量电磁超声换能器在试件表面声场分布的实验装置，其特征在于：所述两个滑轨（22）的截面为圆柱形。

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