CN104950041A - 超声层析成像传感器装置 - Google Patents

Abstract

一种超声层析成像传感器装置，属于检测领域。通过拧动传动蜗杆使传动盘相对固定盘转动，使得传动销在滑动通槽内滑动并在传动盘上以固定盘的圆柱台为轴心转动；滑槽片两两相交的下沿相交所成的夹角用于传感探头托的定向，通过一对在传感探头托滑动通槽内的传感探头托定向螺栓销传感探头托定向螺栓销螺钉，并利用弹性橡胶圈扎紧定向螺栓头和传感探头螺钉头，使得定向螺栓的圆柱面与滑槽片两两相交的下沿相交所成的夹角保持接触，以此来实现该定向，以保证传感探头指向圆心。本发明使超声传感器探头与试件紧密接触并可靠固定，且易于装卸。能保证探头在管道周向上的直线度和阵列的均匀度，相邻探头间距的一致性。适用于不同直径的管道试件。

Description

超声层析成像传感器装置

技术领域

本发明主要涉及一种超声层析成像传感器装置，用于断层层析成像测量，特别是管道内流体、气体的分布、流型等的检测成像，属于检测领域。

背景技术

层析成像(Computed tomography)技术是指通过从物体外部检测到的数据重建物体内部(横断面)信息的技术，也叫计算机辅助断层成像技术。它是把不可分割的对象假想切成一系列的薄片，分别给存储每一薄片上的物体图像，然后再把该系列图像叠加起来，从而得到物体内部图像。它是一种由数据到图像的重建技术，通过伪彩色图像反映被测材料或制件的内部质量，定性、定量分析其缺陷，从而提高检测的可靠性。层析成像技术创新了探测物体内部结构的检测方式。当CT应用的能量波为超声波(Ultrasonic)时，就称为超声层析成像(Ultrasonic-Computed Tomography)，简称UCT成像。早期研究假设超声波在物体内部以直线传播，利用发射器到接收器之间的时间延迟或振幅衰减，重建物体内部的声速、吸收特性等参数。

目前UCT成像主要有透射型和反射型两种，而图像重建也有射线理论(几何声学理论)和衍射理论(波动声学理论)两种。透射型CT的超声发射器和接收器位于被测介质的两侧，根据接收透射的超声波来得到介质的分布信息，进而成像；反射型CT的超声发射器和接收器都位于介质的同一侧，通过接收反射的超声回波信号进行图像重组。

在扫描过程中，UCT传感器需要牢牢地与试件刚性贴合，并且传感探头阵列必须以环形阵列均匀排布。

在早期的研究中，对于UCT传感器的固定是采用粘合固定的方法，即使用耦合剂将UCT传感器探头与试件粘合，其局限性在于：

1、一旦使用耦合剂粘上后就难以取下。

2、不方便保证UCT传感器探头在圆周上的直线度和阵列的均匀度。

3、对于不同尺寸的试件需要设计不同的UCT传感器排布阵列。

发明内容

为了克服传统UCT传感器固定方式的局限性，本发明设计了一种可调的环形阵列式的UCT传感器装置，其特点是：

1、能使超声传感器探头与试件紧密接触并可靠固定，且易于装卸。

2、能保证UCT传感器探头在管道周向上的直线度和阵列的均匀度(相邻探头间的圆心角)。相邻探头间距的一致性。

3、能适用于尺寸在一定范围内的不同直径的管道试件。

一种超声层析成像传感器装置，其特征在于：有蜗轮齿和滑动通槽的传动盘(1)，呈圆环状，其中滑动通槽中插入传动销(3)，起传动作用；有圆柱台和滑槽并相互配合的左固定盘(7)和右固定盘(8)，呈带耳的圆环状，滑槽为传动销提供滑动路径；有转动把手的转动蜗杆(2)和传动盘(1)的蜗轮齿匹配，通过拧动传动蜗杆(2)使传动盘(1)相对固定盘转动，使得传动销(3)在滑动通槽内滑动并在传动盘上以左固定盘(7)的圆柱台为轴心转动；一对相互配合的传感探头托定向螺栓销(10)、传感探头托定向螺栓销螺钉(11)、传感探头托定位螺钉(6)用于固定传感探头托(5)，传感探头托定向螺栓销(10)和传感探头托定向螺栓销螺钉(11)头部有用于扎上弹性橡胶圈(13)的半圆槽；有用于扎上弹性橡胶圈(13)的半圆槽的传感探头托定位螺钉(6)；有通槽、螺纹孔和传感探头插座的传感探头托(5)，螺纹孔用于拧入传感探头托定位螺钉(6)，通槽用于使一对传感探头托定向螺栓销(10)和传感探头托定向螺栓销螺钉(11)穿过并在其中滑动，传感探头插座用于插入超声传感探头(14)；有并有两个圆孔的滑槽片(4)，两个圆孔其中一个为定点孔和动点孔，其中定点孔套在固定盘的圆台上作为定点，动点孔套在传动销上作为动点孔，通过传动销(3)的运动使得滑槽片(4)以动点孔为轴心转动，滑槽用于传感探头托(5)的定位和定向，滑槽片(4)两两相交的滑槽所交的缝隙用于传感探头托(5)的定位，通过使传感探头托螺钉(6)穿过该缝隙并拧入传感探头托(5)的螺纹孔来实现该定位。

滑槽片(4)两两相交的下沿相交所成的夹角用于传感探头托的定向，通过一对在传感探头托(5)滑动通槽内的传感探头托定向螺栓销(10)传感探头托定向螺栓销螺钉(11)，并利用弹性橡胶圈(13)扎紧定向螺栓头和传感探头螺钉(6)头，使得定向螺栓的圆柱面与滑槽片两两相交的下沿相交所成的夹角保持接触，以此来实现该定向，以保证传感探头指向圆心。

以上所述的可调的环形阵列式的UCT传感器装置通过以下方式实现：

该装置的设计由13种零件构成，分别是传动盘(1)、传动蜗杆(2)、传动销(3)、滑槽片(4)、传感探头托(5)、传感探头托螺钉(6)、左固定盘(7)、右固定盘(8)、把手(9)、传感探头定向螺栓销(10)、传感探头定向螺栓销螺钉(11)、固定盘紧固螺钉(12)、弹性橡胶圈(13)、传感探头(14)。其中，固定盘紧固螺钉(12)、传动销(3)、弹性橡胶圈(13)和传感探头(14)这4种零件为标准件，而其它10种零件为自主设计的非标准件。以下为这14种零件的详细介绍以及装配说明：

一、零件介绍

1、传动盘(1)：传动盘(1)是该装置的核心部分，为一个厚度为c的圆盘，其基本尺寸如图1.1所示，其中Ra的圆弧与Ra+b的圆弧为同心圆弧，两端R5的圆弧与Ra的圆弧和Ra+b的圆弧两两相切。以四条圆弧所围成封闭图形在传动盘上打出若干贯通的滑槽(依据拟使用探头的数量进行设计)，并以环形阵列均匀排布。图1为使结构更加清晰以四个贯通滑槽为例进行发明装置的说明。图1.1中所示齿轮齿为蜗轮齿，与传动蜗杆(2)上的螺旋齿相配合。

2、传动蜗杆(2)：传动蜗杆(2)与传动盘(1)上蜗轮齿是一对蜗轮蜗杆，蜗杆为主动件，蜗轮为从动件，运动由蜗杆带动蜗轮，反向自锁。传动蜗杆(2)基本视图如图2.1所示涡轮杆(2)一端设计十字转动把，棱边部分均为倒圆角，防止划手。

3、传动销(3)：该零件为销标准件，其长度为c+10mm。传动销(3)的作用是作为传动件，在传动盘(1)的滑槽中运动，从而带动滑槽片(4)运动。

4、滑槽片(4)：该零件是一个薄金属板件，作为传感器探头的基座部件，图4中，a为定点孔，b为动点孔，c为滑槽，d为下沿。其基本尺寸如图4.1所示。其中R1、R1+b、R1+2b的三条圆弧为同心圆弧，R1+b与R1+2b的两条圆弧同它们两端的两条Rb的圆弧围成的图形打成贯通的滑槽。滑槽片端上开有两个直径为p的通孔，分别为定点孔和动点孔。

5、传感探头托(5)：该零件开了一个贯通的M1螺纹孔和一条贯通的滑动槽，图5中e为螺纹孔，f为滑动槽，g为传感器插口。该零件基本尺寸以及位置尺寸如图5.1所示。螺纹孔用于装配传感探头托螺钉(6)，而滑槽用于装配传感探头托定向螺栓销(10)和传感探头托定向螺栓销螺钉(11)，两者均用于限制传感探头的自由度。

6、传感探头托螺钉(6)：用于将传感探头托(5)固定在滑槽片(4)上，其基本尺寸如图6.1所示。在螺钉头上开有半径为R2的半圆槽，用于与传感探头托定向螺栓销(10)或传感探头固定螺钉(11)的六角头下方的半圆滑槽的装配，套上弹性橡胶圈(13)。

7、左固定盘(7)：左固定盘(7)上开有螺纹孔，而右固定盘上开有通孔，用螺栓螺母配合固定，左固定盘(7)的基本尺寸如图7.1所示，图7.2为图7.1中h部分的三维图特写，该部分为传动机构的关键部分，图7中y为圆台，z为滑槽，其中圆台为一个直径为p高度比滑槽片(4)略厚的圆台，与滑槽片(4)的固定孔同轴配合，作为滑槽片(4)的固定点。Rn和Rn+p的两条圆弧为同心圆弧，将这两条圆弧与其两端Rp的圆弧围成图形开成不贯通的滑槽，该滑槽为传动销(3)在固定盘上的运动滑槽。该圆柱与滑槽在左固定盘上以环形阵列均匀排布，环形阵列夹角参考传动盘(1)滑槽分布。图7.3为图7.1中i部分的三维局部放大图，其中三角形的部分高度与圆台高度相同，作用在于使滑槽片(4)与转动盘之间有一定间隙，使滑槽片能顺利活动。在该零件中开有螺纹孔的固定柱为环形阵列排布，外部的固定住环形阵列角为60°，内部的固定柱环形阵列角为90°(与滑槽片(4)的阵列角相同)。

8、右固定盘(8)：右固定盘(8)和左固定盘(7)是一对相互配合的零件，右固定盘(8)在与左固定盘(7)相对应的位置上开有通孔，作为固定盘紧固螺钉的穿透孔。其特征视图如图8.1所示。

9、把手(9)：该零件为一个杆件，用于拎提装置，其基础视图如图9.1所示。

10、传感探头托定向螺栓销(10)：该零件用于传感探头托(5)位置的固定，与传感探头位置螺钉(11)配合使用，其基本尺寸如图10.1所示，在六角头下方有直径为R2的滑槽，直径为φL的杆部长度为k。

11、传感探头托定向螺栓销螺钉(11)：该零件的基本尺寸如图11.1所示，外形与传感探头托定向螺栓销(10)基本一致，直径为φL的杆部长度为j，k+j稍微小于c。

12、固定盘紧固螺钉(10)：该零件为一个平头螺钉标准件，用于紧固左固定盘(7)和右固定盘(8)。

13、弹性橡胶圈(13)：该零件为一个高弹性橡胶圈标准件。

14、传感探头(14)：该零件为装配与传感探头托(5)上的超声传感器探头。

附图说明

图1为传动盘(1)的三维示意图

图1.1为传动盘(1)的尺寸标注图

图2为传动蜗杆(2)的三维示意图

图2.1为传动蜗杆的尺寸标注图

图3为传动销的三围示意图

图4为滑槽片(4)的三维示意图

图4.1为滑槽片(4)的尺寸标注图

图5为传感探头托(5)的三维示意图

图5.1为传感探头托(5)的尺寸标注图

图6为传感探头托螺钉(6)的三维示意图

图6.1为传感探头托螺钉(6)的尺寸标注图

图7为左固定盘(7)的三维示意图

图7.1为左固定盘(7)的尺寸标注图

图7.2为图7.1中h部分的三维局部放大示意图

图7.3为图7.2中i部分的三维局部放大示意图

图8为右固定盘(8)的三维示意图

图8.1为右固定盘(8)的尺寸标注图

图9为把手(9)的三维示意图

图9.1为把手(9)的尺寸标注图

图10为传感探头托定向螺栓销(10)的三维示意图

图10.1为传感探头托定向螺栓销(10)的尺寸标注图

图11为传感探头托定向螺栓销螺钉(11)的三维示意图

图11.1为传感探头托定向螺栓销螺钉(11)的尺寸标注图

图12为固定盘固定螺钉(12)的三维示意图

图13为弹性橡胶圈(13)的三维示意图

图14为传感探头的三维示意图

图15为传感探头托定向螺栓销(10)、传感探头托定向螺栓销螺钉(11)、传感探头托(5)、和传感探头托螺钉(6)装配在一起的三维示意图(为了方便观看没有显示滑槽片(4))

图16至图29为装配说明的三维示意图

图30为图29中o所示部分的局部放大图

图31、图32和图33为安装三维示意图

具体实施方式

首先，先参照装配说明组装好整套装置，将其套上待测管道，如图16所示，转动十字把手，传动蜗杆(2)会使传动盘(1)转动，传动盘(1)里的滑槽会使传动销(3)在左固定盘(7)和右固定盘(8)的滑槽里滑动，从而使滑槽片(4)以固定孔为定点转动，使得四个传感探头托(5)同步向待测管道移动，此时，由于弹性橡胶圈的拉力，使得传感探头托定向螺栓销(10)与传感探头托定向螺栓销螺钉(11)胶圈滑槽下端的圆柱面与滑槽片(4)的下端圆弧相切，保证传感探头托(5)直指探头环形阵列圆心，当四个传感探头与待测管道刚好接触时，将四个传感探头托定向螺栓销螺钉(11)拧紧，固定传感探头的位置，如图17所示，然后轻微转动十字把手，使传感探头托(5)与待测管道紧密贴合，此时，完成装置在管道上的安装，可以开始进行超声层析成像。图18为另一尺寸管道的安装图。

二、装配说明

本发明的装配步骤共有15步，所需零件为：

传动盘(1)1个，传动蜗杆(2)1个，传动销(3)4根，滑槽片(4)8片，传感探头托(5)4个，传感探头托螺钉(6)8个，左固定盘(7)1个，右固定盘(8)1个，把手(9)1个，传感探头托定向螺栓销(10)4个，传感探头托定向螺栓销螺钉(11)4个，固定盘紧固螺钉(12)9个，弹性橡胶圈(13)8个,传感探头(14)4个。

以下为装配步骤：

步骤1、首先将四根传动销(3)分别插入左固定盘(7)的四个滑动槽中，装配示意如图16所示。

步骤2、将一片滑槽片(4)的动点孔套入传动销(3)中、定点孔套入左固定盘上传动销(3)所插入的滑槽旁边的圆柱突台中，装配示意如图17所示。

步骤3、将第二片滑槽片(4)置于前一片之上，逆时针安装，装配示意如图18所示。

步骤4、同样，安装第三片和第四片滑槽片，完成左固定盘(7)上滑槽片(4)的安装，装配示意如图19所示。

步骤5、将传感探头(14)插入传感探头托(5)的插座中。装配示意图如图20所示

步骤6、将传动盘(1)装上左固定盘(7)，左固定盘(7)与传动盘(1)同轴配合，传动盘(1)上的滑槽与传动销(3)相配合。装配示意如图21所示。

步骤7、将传动探头(5)放置于两片滑槽片(4)相交的位置上，将螺纹孔置于滑槽片(4)的滑槽相交的缝隙上，装配示意如图22所示。

步骤8、将传动探头螺钉(6)拧入传动探头的螺纹孔中，装配示意如图23所示。

步骤9、以同样的方式装上四个传感探头托(5)，如图24所示。

步骤10、以与步骤2至5相同的步骤安装剩余的四片滑槽片，注意，滑槽片(4)的尖端须置于滑槽片(4)尾端与传动盘之间，然后装上把手(9)和传动蜗杆(2)，传动蜗杆(2)与传动盘(1)上的蜗轮齿相配合，装配示意如图25所示。

步骤11、将传感探头托定向螺栓销(10)插入传感探头托(5)的滑槽中，装配示意如图26所示。

步骤12、插入其余三个传感探头托定向螺栓销(10)，如图27所示。

步骤13、将四个传感探头托定向螺栓销螺钉(11)拧入传感探头托定向螺栓销(10)中，切勿将螺钉拧紧，须使传感探头位置固定螺母(10)能在传感探头托(5)的滑槽内自由滑动，装配示意如图28所示，并套上弹性橡胶圈(13)步骤14、套上其他七个弹性橡胶圈(13)，将右固定盘(8)与左固定盘(7)相配合安装，并拧上固定盘紧固螺钉(12)，安装示意如图29所示。图30为图29中o部分的局部特写。

步骤15、装配完成。

Claims (1)

1.一种超声层析成像传感器装置，其特征在于：有蜗轮齿和滑动通槽的传动盘(1)，呈圆环状，其中滑动通槽中插入传动销(3)，起传动作用；有圆柱台和滑槽并相互配合的左固定盘(7)和右固定盘(8)，呈带耳的圆环状，滑槽为传动销提供滑动路径；有转动把手的转动蜗杆(2)和传动盘(1)的蜗轮齿匹配，传动盘(1)在左固定盘(7)和右固定盘(8)之间，通过拧动传动蜗杆(2)使传动盘(1)相对固定盘转动，使得传动销(3)在滑动通槽内滑动并在传动盘上以左固定盘(7)的圆柱台为轴心转动；一对相互配合的传感探头托定向螺栓销(10)、传感探头托定向螺栓销螺钉(11)、传感探头托定位螺钉(6)用于固定传感探头托(5)，传感探头托定向螺栓销(10)和传感探头托定向螺栓销螺钉(11)头部有用于扎上弹性橡胶圈(13)的半圆槽；有用于扎上弹性橡胶圈(13)的半圆槽的传感探头托定位螺钉(6)；有通槽、螺纹孔和传感探头插座的传感探头托(5)，螺纹孔用于拧入传感探头托定位螺钉(6)，通槽用于使一对传感探头托定向螺栓销(10)和传感探头托定向螺栓销螺钉(11)穿过并在其中滑动，传感探头插座用于插入超声传感探头(14)；有并有两个圆孔的滑槽片(4)，两个圆孔其中一个为定点孔和动点孔，其中定点孔套在固定盘的圆台上作为定点，动点孔套在传动销上作为动点孔，通过传动销(3)的运动使得滑槽片(4)以动点孔为轴心转动，滑槽用于传感探头托(5)的定位和定向，滑槽片(4)两两相交的滑槽所交的缝隙用于传感探头托(5)的定位，通过使传感探头托螺钉(6)穿过该缝隙并拧入传感探头托(5)的螺纹孔来实现该定位。