CN105157631B - 一种适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置 - Google Patents

Abstract

一种适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，在保证超声波不发生频散及保真的情况下，其与换能器圆面接触面为宽面，能最大限度地接收换能器的能量，并在传导过程中，通过弧面聚焦方式，把接收的能量全部传导到一个细长的矩形窄面上，不但使接收的超声波能量没有散失，而且整个超声波传导行程中最多只经过一次反射，有效地减少了能量衰减，也减少了使超声波发生频散或失真的诱发因素，还适合与管道等弯曲测量面连接。本发明实现了在接收能量不损失的情况下，把超声波从宽面传导到窄面，再从窄面传回到宽面，解决了超声测厚领域的一个实用问题。

Description

一种适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置

技术领域

本发明涉及一种用于超声无损检测中的弧面聚声波导装置，特别适用于高温管道和外表面为曲面的管道厚度检测。

背景技术

使用超声波测厚是一种公开透明的实用技术，常规做法是把超声波换能器做成的超声波探头直接作用于被测物体表面，超声探头内包含发射声波换能器和接收声波换能器，由发射声波换能器发出的超声波在被测物体表面和内表面均有反射波存在，通过用于接收的所述换能器依次接收外表面和内表面反射波，根据二个回波的时间差乘以超声波的声速，来计算被测物体的厚度。

在实际应用中，特别是在石油炼化企业，存在许多高温作业的恶劣环境，高温管道外表有保温层，每次测量时需拆除保温层，另外人到达高温环境内还存在安全隐患，所以把超声探头永久固定到管道外表面，变成在线定点测厚，这样不用测量人员再到现场去，测量信号采用无线或有线的方式，随时把测量结果传输到监控计算机。但管道外表的温度最高达约摄氏600度，超声探头不能适应长时间处在高温的环境，所以超声波导成为了一个选项，把超声波通过波导传输到被测物体上，使超声探头所处的位置温度处于其适合的温度范围。

超声波有横波和纵波二种振动模式。纵波振动方向与超声波传播方向相同，纵波穿透能力较弱；横波振动方向与超声波传波方向垂直，只沿一个方向振动的横波叫偏振波，横波穿透能力较强。根据超声波不同的振动模式选择使用适合的波导装置，目的是使超声波的振动频率和振动模式不发生改变，使声波检测装置能检测并有效识读到很好的反射回波。声波只能沿直线方向传播，遇到阻碍后在阻碍平面会发生反射和折射，反射和折射均会造成能量损失。选择波导，需从“使振动模式不发生改变、减少能量损失及不发生频散”几个因素来考虑。对于圆柱状波导杆、细丝状波导丝、或由若干丝状组成的波导束，适合纵波；对于矩形截面波导杆或矩形截面细长波导带，则适合横波。用上述波导装置传导超声波都是已有的技术。

其中专利号为CN 101976562 A的超声无损检测专利描述了一种偏振横波超声波在宽厚比大于1的矩形细长波导带中的传输的情形，图1是能体现该专利的实例之一，以图1为例，其传输特点为：超声波为横波偏振波，其为单一的振动方向，振动方向与超声波传波方向垂直，并平行于矩形细长波导带的二个宽度为15mm的平面。一束超声波从截面为圆形的发射换能器发出，沿1X15(mm)的矩形截面进入细长波导带，超声波只能按直线方向传播，在遇到波导带侧壁后反射向另一侧壁，超声波在波导带的二个侧壁之间来回反射中前行，直至传出波导带进入被测样件。超声波在遇到样件底面后反射，反射波进入接收波导带，同样沿波导带传输到用于接收的所述换能器接收。细长波导带允许小角度的弯曲变形是其主要特点，波导带的厚度小和即使在波导带弯曲的情况下二侧壁也是平行的特点，可以保证超声波从入射面到出射面之间所走过的行程尽量短，且声波的传波方向和行程保持一致，能减小能量损失和频散。超声波的偏振方向与波导带的二个侧面平行，保证超声波在二个侧壁之间反射时，其正弦振荡的波形不散，从而保证其频率不变，尽量减少频散现象，使接收端能接到高保真的反射信号。

根据上述背景技术，存在的问题是：

1)、在石化企业，多数被测物为圆形管道，上述已知的波导装置中，圆柱状或矩形波导杆，如图2所示，其与管道圆形外壁接触为线接触，即使压紧变形的情况下，接触面也基本为1mm，只能通过使用耦合剂来扩大接触面，而耦合剂只是瞬间使用，在测厚探头与管道长时间不间断接触的情况下，耦合剂也不可行，所以只能通过减小接触面，通过如图1所示的1X15(mm)的接触面，采用强力压紧方式，使波导面与被测管道之间没有空气，使超声波能在没有耦合剂的情况下能很好的通过界面进入被测管道，不至于引入空气参与。

2)、采用细长波导带方式，有诸多不利因素。第一，超声换能器发声界面均为圆形，其发射面直径固定不变。细长波导带的最优外形尺寸是厚度小于1倍的波长(λ)，宽度大于5倍的波长，以超声波横波在金属中的传输速度为C＝3200m/S，振动频率以F＝2.5MHz计算，则波长λ＝C/F＝1.28mm，厚度越小越有助于声波保真不发生频散。以图1中厚度为1mm、宽度为15mm的细长的矩形截面计算，对发射能量的利用率仅为十分之一。第二，细长波导带允许出现弯曲是其一个优点，而且在实际应用中也不可能保证钢性直线，所以超声波必然在细长波导带的二个侧面间来回反射中前行，每次反射都伴随着折射，每次反射和折射都有能量衰减，反射次数越多能量衰减越多。第三，超声波在细长波导带中来回反射前行，不能保证在超声波射入被测物体内时的入射角，尽管角度很小，但也会给接收反射波的波导带接收位置及角度造成影响，使固定的接收角不是最佳。

本发明是针对以上现有技术存在的不足提出，弧面聚声波导装置能充分利用换能器能量，能保证入射角，声波在波导中最多经过1次反射和折射，减少能量衰减，还能减少引起波形频散或扭曲的诱发因素。

发明内容

本发明的目的在于设计一种新型的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，包括发射波导和接收波导；所述发射波导和所述接收波导组成成对波导，所述发射波导和所述接收波导之间的跨度a＞0；

所述发射波导和所述接收波导均包括上下连接的矩形部分和弧面部分；

所述矩形部分的上表面为A截面，所述矩形部分与所述弧面部分之间的连接面为B截面，所述弧面部分的下表面为C截面；所述A截面和所述B截面均为矩形截面；所述C截面为矩形截面；

所述矩形部分在所述A截面和所述B截面之间，所述矩形部分为截面形状为矩形的规则条块，所述矩形部分与所述A截面和所述B截面平行的截面均为矩形的截面，所述所有矩形部分的截面与所述A截面和所述B截面的形状及尺寸相同；

所述弧面部分还包括H面、G面、M面和N面；所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的上端均连接到所述B截面，所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的下端连接到所述C截面；

所述G面是平面，所述G面垂直于所述A截面和所述B截面；所述M面和所述N面也垂直于所述A截面和所述B截面；

所述H面是个弧面，其从所述B截面开始向所述G面弯曲，直到所述C截面；所述H面向所述G面弯曲过程中，其中每一个与所述B截面平行的抛面中其在所述G面上的线段与所述H面上的线段平行；所述H面的弯曲弧度保证从A截面所有垂直向下射到所述H面上的超声波均一次性反射到所述C截面上。

所述H面为两个，分别位于所述G面的两侧，所述G面为虚拟平面。

两个所述H面在所述G面的两侧对称设置。

所述M面和/或所述N面上沿宽向往两侧设置各种形状的扩展部分。

所述H面从所述B截面开始向所述G面弯曲，到所述C截面时弯曲到距所述G面的距离为小于2.5倍波长λ。

所述H面从所述B截面开始向所述G面弯曲，到所述C截面时弯曲到距所述G面的距离为0.5倍波长λ——1倍波长λ。

所述A截面的大小与所述换能器的圆面大小适配。

所述H面的弯曲弧度经过声线追踪得到。

声波从所述发射波导的所述C截面以一定的角度射出，能从对称角度进入所述接收波导的所述C截面，并且均能按与原入射路线相同形式的路线返回，直到进入用于接收的所述换能器。

所述A截面和所述B截面间的距离根据信号强度及现场高温环境允许程度调整，使从被测物热源传到A截面的热量适合所述换能器长期有效工作，并适合现场安装；所述接收波导和所述发射波导的具体尺寸可以完全相同对称，也可以不同，根据安装的实际要求做相应调整。

所述发射波导和所述接收波导之间的跨度a根据被测样块的厚度调整，保证被测样块一直减薄到允许的最小壁厚范围内，用于接收的所述换能器均能接收到最适合的反射信号。

所述发射波导和所述接收波导通过卡具压紧到被测管道上，使所述截面C直接与所述被测管道的外壁直接接触并压实，在不使用耦合剂的情况下，使C截面与管道的外壁之间能传导声波。

所述发射波导和/或所述接收波导还包括扩展段；

所述扩展段的下截面从所述A截面开始向上扩展，经过二次弯折后一直延伸到其上截面D截面；所述扩展段的截面形状与所述A截面相同，仍为规则的条块；

所述扩展段还包括相互平行的斜面E面和斜面F面；在所述扩展段中声波从所述D截面进入波导后射到所述E面上，经所述E面反射到所述F面上，经所述F面反射后，变成垂直向下进入所述A截面；并保证从所述D截面入射的全部声波经过二次反射后，全部声线刚好平移到所述B截面上，且从所述D截面到所述A截面之间所有的声线行程相等。

所述E面和所述F面与G面的夹角b大于0度并小于60度。

本发明中所谓的矩形，可以包括正方形。

本发明所谓的所述M面和/或所述N面上沿宽向往两侧设置各种形状的扩展部分，是指可以在所述M面和/或所述N面两侧设置各种扩展部分，包括但不限于散热片等。

本发明是基于已有波导装置的不利因素而发明的，图3为符合本发明所述的实例之一。实际采用一种弧面聚声波导装置，分左右二部分。A截面和B截面之间是一个截面形状为矩形的规则条块，其间所有截面形状均与A、B截面相同。截面的大小与换能器的圆面大小适配，为了使波导入射面与换能器圆面接触面积最大化，也可以做成与换能器圆面内接的正方形截面。采用的超声波为偏振横波，振动方向为主视图中垂直于纸面振动，也就是振动方向平行于H面和G面。但不能采用把换能器圆面全覆盖的圆柱形截面，如果采用最大的Φ18圆柱状波导，则超声波会发生频散和扭曲。

超声波从A截面进入波导后垂直向下传导，除临近G面1mm区域的声线外，其它声线全射在H面上，经H面一次反射到C截面上。临近G面1mm区域的声线则不经过反射，直接射到C截面上。H面是个弧面，从B截面开始向G面弯曲，直到C截面时弯曲到G面的距离为1mm时停止。C截面的外形尺寸为1X15(mm)，C截面的厚度最小，保证C截面在适当的压力下能与被测管道有效接触。H面的详细弯曲弧度经过声线追踪得到，保证从上边垂直方向射到H面上的超声波均一次反射到C截面上。

根据矩形截面B的厚边大小，决定B截面到C截面之间的距离，使B、C二面之间的距离越大，使二面间所有声波的行程越近似相等，行程差尽量小，使用于接收的所述换能器接收到的超声信号能被有效的识读。在此基础上，根据信号的强度及现场高温环境的允许程度调整A、B截面间的距离，不但使从被测物热源传到A截面的热量适合换能器长期有效工作，也考虑适合现场安装。

由发射波导和接收波导组成双弧面聚声波导，二个波导之间的跨度a不能为零，其适合距离可根据被测样块的厚度调整，保证被测样块一直减薄到允许的最小壁范围内，用于接收的所述换能器均能接收到最适合的反射信号。

为了适配波导与仪器间的安装，在图3所示弧面聚声波导的基础上，还可以扩展到如图4所示的波导形状。波导从A截面开始向上扩展，扩展段截面形状仍为规则的条块，其截面形状与A截面相同，经过二次弯折后一直到D截面，声波从入射面D截面进入波导后射到斜面E面上，经E面反射到F面上，经F面反射后，变成垂直向下进入A截面。至此，从D面入射的全部声波经过二次反射后，刚好没有损失的全部反射到A截面上，且从D截面到A截面之间所有的声线行程相等。声波过A截面后的情况与上述的弧面波导一致。

在满足以上所述弧面聚声波导原理基础上，接收波导和发射波导在保持形状相似的基础上，具体尺寸可以完全相同对称，也可以不同，而是根据安装的实际要求做相应调整。如：为了减少热量传导，可以减小A、B截面的厚度和增加整体长；为了适配换能器的安装空间，可以使两个波导高度不同，使换能器安装时错开位置等。从发射波导的C截面射出的所有角度的声波，都可以按对称角度进入接收波导的C截面，并按原路线返回，一直到进入用于接收的所述换能器。

以上，本发明保证在使偏振横波超声波保真的情况下，最大限度的用于接收的所述换能器发出的能量，并尽可能的减小由反射、折射、超声波散失等造成的能量损失。

采用的技术方案是：

如图3所示，采用一个截面形状为矩形的金属波导条块，波导条块从B截面开始向G面弯曲，所有的弯曲面统称为H面，一直到C截面时H面与G面之间的距离为1mm时停止。H面的详细曲面弧度由声线追踪所得，保证从B截面垂直向下的所有声波在射到H面上，按声波的几何定律反射后，均一次性反射到截面尺寸为1X15(mm)的C截面上。无论H面怎样弯曲，其始终垂直于M面和N面。

由换能器发出的超声波为偏振横波，振动方向为主视图中垂直于纸面方向振动，也就是振动方向平行于H面和G面。矩形截面A的大小尺寸与换能器的圆面适配，为了使波导入射面与换能器圆面接触面积最大化，也可以做成与换能器圆面内接的正方形截面。但不能采用把换能器圆面全覆盖的圆柱形截面，如果采用最大的Φ18圆柱状波导，则超声波会发生频散和扭曲。

从B截面垂直向下传导的超声波，除靠近G面1mm内的声线不经过第三次反射，直接射到截面C上之外，其余超声波均垂直向下射到弧面H上，H面的具体弧度由声线追踪所得，保证从B截面垂直向下射到H面上的所有声波均经过H面一次反射到C截面上。

在满足以上反射要求的基础上，A截面至B截面之间的距离和B截面至C截面之间的距离，可根据信号的强度及现场高温环境的允许程度调整，不但使从被测物热源传到A截面的热量适合换能器长期有效工作，也考虑适合现场安装。B截面到C截面之间的垂直距离与B截面的厚度边长和C截面的厚度边长之差的比值越大，各声线之间的行程差越小，测量效果越优。

以上所述为发射波导，在满足以上所述弧面波导原理的基础上，接收波导和发射波导在保持形状相似的基础上，具体尺寸可以完全相同对称，也可以不同，根据安装的实际要求做相应调整，A、B截面厚度方向也可以适当减小。从发射波导C截面射出的所有角度的声波，都可以按对称角度进入接收波导的C截面，并按原路线返回，一直到进入用于接收的所述换能器。

由发射波导和接收波导组成成对波导，二个波导之间的跨度a不能为零，其适合距离可根据被测样块的厚度调整，保证被测样块一直减薄到允许的最小壁厚范围内，用于接收的所述换能器均能接收到最适合的反射信号。发射超声波经C截面进入被测物体，在被测物体内壁被反射，内部由于腐蚀等原因造成的非理想平面会造成反射声波的分散，本结构会形成一个接收宽角，使从垂直反射至带一定角度反射声线均能同步到达用于接收的所述换能器，这也是本发明的优势之一。

超声波测厚领域中一种弧面聚声波导装置，在保证超声波不发生频散及保真的情况下，其与换能器圆面接触面为宽面，能最大限度地用于接收的所述换能器的能量，并在传导过程中，通过弧面聚焦方式，把接收的能量全部传导到一个细长的矩形窄面上，不但使接收的超声波能量没有散失，而且整个超声波传导行程中最多只经过一次反射，有效地减少了能量衰减，也减少了使超声波发生频散或失真的诱发因素，还适合与管道等弯曲测量面连接。宽截面波导接收的超声波能量大、不适合与被测曲面接触；窄面波导接收的超声波能量小，但适合与被测曲面连接；本发明实现了在接收能量不损失的情况下，把超声波从宽面传导到窄面，再从窄面传回到宽面，解决了超声测厚领域的一个实用问题。

在超声波测厚领域中一种弧面聚声波导装置，其特征在于：一种弧面的波导条块，其粗端与超声波换能器连接，其细端与被测物连接，从粗端宽面接收到的超声波，经过弧面仅一次反射，均聚集到细端窄面上，从细端窄面射入被测物体。由另一波导的细端窄面接收到的宽入射角度的超声波，经弧面的一次反射，均射到粗端宽面上，被接收超声波换能器接收。

所述的弧面聚声波导装置，波导的主体形状是截面形状为矩形的规则金属条块，从B截面开始，H面开始向G面弯曲，到C截面时停止，且无论H面怎样弯曲，其始终垂直于M面和N面。整个波导从上到下的水平截面中C截面最小，C截面的厚度边长根据波导的硬度、被测物的硬度、被测物弯曲度及安装卡具的压紧力等适配，适合在压紧及允许微小变形的情况下，C截面与被测物面间充分接触。

所述的弧面聚声波导装置，A截面与B截面之间部分是一个规则形状的矩形条块，A截面与B截面平行且外形尺寸完全相等，A截面与B截面之间所有平行A截面的截面外形尺寸均与A截面相等。B截面和C截面平行，B截面和C截面之间的任一个平行于B截面的截面都是一个面积小于B截面的一个矩形。

所述的H面其曲面弧度由声线追踪所得，从B截面垂直向下传导的超声波线，按左右方向排列，所有垂直向下射到H面上的声波线按物理定律反射后，均一次性反射到C截面上。其中，从B截面垂直向下传导的超声波线中，靠近G边区域没有射到H面上的声线则不经过反射，直接射到C截面上。

所述的弧面聚声波导装置，其B截面到C截面间的垂直距离越大越好，这样，从B截面开始，垂直向下的所有声波线在到达C截面时，所有声线之间的行程差越小。

所述的弧面聚声波导装置，其A截面到B截面间的垂直距离越小越好，但不固定，用以适配现场的安装环境，使换能器所处位置的温度适合于其长期有效工作。

所述的超声波反射符合超声波反射的物理定律。

接收波导在满足权利1所述弧面聚声波导原理的基础上，其外形尺寸可以与接收波导不尽相同，用以适配安装及环境等因素的要求。

所述的弧面聚声波导可以拓展，即从入射截面A向非弧面方向以一定规律延长，拓展段需满足以下条件：声波从拓展后新的入射面传导到原入射面A时，进入A截面的方向与原入射方向相同，且所有的声线行程相等，还有除延长所造成的能量损失外，声波在拓展段间传导时，不会造成频散及扭曲等声波模式的改变。

所述的波导拓展，还包括在过程中或最后引用本弧面聚声波导的其它形式拓展。

由换能器发出的超声波为偏振横波，振动方向与弧面方向平行。

本发明的有益效果可以总结如下：

1.本发明增加了与换能器的接触面积，保证在横波偏振波不发生频散及扭转的情况下，最大限度地利用超声波能量。本发明与被测物的接触面为一个窄矩形截面，适合石化管道等弯曲面的测量。

2.弧面设计防止接收到的超声波散失，使接收到的全部超声波能被最大限度地利用。

3.波导装置从超声波进入到超声波离开最多经过一次反射，不但减少了能量的衰减，也能减少引起超声波频散及失真等的诱发因素。

4.本发明能使超声波进入被测物体的入射角基本固定，正好适合曲面测量且信号稳定，能宽角度接收反射的超声波。

5.本发明解决了对高温管道长时间监测时耦合剂不适用和换能器耐高温的问题。

附图说明

图1：现有技术细长波导带的应用示意图的主视图。

图2：曲面被测物与波导带连接示意图。

图3：本发明弧面聚声波导示意图的主视图。

图4：本发明的扩展应用示意图。

图5：弧面聚声波导安装示意图的立体图。

图6：现有技术细长波导带的应用示意图的侧视图。

图7：本发明弧面聚声波导示意图的侧视图。

图8：图3中A截面向的视图。

图9：图3中B-B向的剖视图。

其中，发射波导1、接收波导2、矩形部分3、弧面部分4、换能器5、被测管道6和扩展段7。

另外，图中U为厚度，V为宽度。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图3所示的一种适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，包括发射波导1和接收波导2；所述发射波导1和所述接收波导2组成成对波导，所述发射波导1和所述接收波导2之间的跨度a＞0；所述发射波导1和所述接收波导2均包括上下连接的矩形部分3和弧面部分4；

所述矩形部分3的上表面为A截面，所述矩形部分3与所述弧面部分4之间的连接面为B截面，所述弧面部分4的下表面为C截面；所述A截面和所述B截面均为矩形截面；所述C截面为矩形截面；所述矩形部分3为所述A截面和所述B截面之间的截面形状为矩形的规则条块，其间平行于所述A截面和所述B截面的所有截面形状及尺寸均与所述A截面和所述B截面相同；

所述弧面部分4还包括H面、G面、M面和N面；所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的上端均连接到所述B截面，所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的下端连接到所述C截面；所述G面是平面，所述G面垂直于所述A截面和所述B截面；所述M面和所述N面也垂直于所述A截面和所述B截面；

所述H面是个弧面，其从所述B截面开始向所述G面弯曲，直到所述C截面；所述H面向所述G面弯曲过程中，其中每一个与所述B截面平行的抛面中其在所述G面上的线段与所述H面上的线段平行；所述H面的弯曲弧度保证从A截面所有垂直向下射到所述H面上的超声波均一次性反射到所述C截面上。

在更加优先的实施例中，所述H面为两个，分别位于所述G面的两侧，所述G面为虚拟平面。

在更加优先的实施例中，两个所述H面在所述G面的两侧对称设置。

在更加优先的实施例中，所述M面和/或所述N面上沿宽向往两侧设置各种形状的扩展部分。

在更加优先的实施例中，所述H面从所述B截面开始向所述G面弯曲，到所述C截面时弯曲到距所述G面的距离为小于2.5λ。

在更加优先的实施例中，所述H面从所述B截面开始向所述G面弯曲，到所述C截面时弯曲到距所述G面的距离为0.5λ-1λ。

在更加优先的实施例中，所述A截面的大小与所述换能器5的圆面大小适配。

在更加优先的实施例中，所述H面的弯曲弧度经过声线追踪得到。

在更加优先的实施例中，声波从所述发射波导1的所述C截面以一定的角度射出，能从对称角度进入所述接收波导2的所述C截面，并且均能按与原入射路线相同形式的路线返回，直到进入用于接收的所述换能器5。

在更加优先的实施例中，所述A截面和所述B截面间的距离根据信号强度及现场高温环境允许程度调整，使从被测物热源传到A截面的热量适合所述换能器5长期有效工作，并适合现场安装；所述接收波导2和所述发射波导1的具体尺寸可以完全相同对称，也可以不同，根据安装的实际要求做相应调整。

在更加优先的实施例中，所述发射波导1和所述接收波导2之间的跨度a根据被测样块的厚度调整，保证被测样块一直减薄到允许的最小壁厚范围内，用于接收的所述换能器5均能接收到最适合的反射信号。

在更加优先的实施例中，所述发射波导1和所述接收波导2通过卡具压紧到被测管道6上，使所述截面C直接与所述被测管道6的外壁直接接触并压实，在不使用耦合剂的情况下，使C截面与管道的外壁之间能传导声波。

在更加优先的实施例中，所述发射波导1和/或所述接收波导2还包括扩展段7；所述扩展段7的下截面从所述A截面开始向上扩展，经过二次弯折后一直延伸到其上截面D截面；所述扩展段7的截面形状与所述A截面相同，仍为规则的条块；所述扩展段7还包括相互平行的斜面E面和斜面F面；在所述扩展段7中声波从所述D截面进入波导后射到所述E面上，经所述E面反射到所述F面上，经所述F面反射后，变成垂直向下进入所述A截面；并保证从所述D截面入射的全部声波经过二次反射后，全部声线刚好平移到所述B截面上，且从所述D截面到所述A截面之间所有的声线行程相等。

在更加优先的实施例中，所述E面和所述F面与G面的夹角b大于0度并小于60度。

实施例1

图3为符合本发明所述的实例之一。实际采用一种弧面聚声波导装置，分左右二部分，一个发射波导1，一个接收波导2。A截面和B截面之间是一个截面形状为矩形的规则条块，其间所有平行于A截面的截面形状均及尺寸均与A、B截面相同。A截面的大小与换能器5的圆面大小适配，为了使波导入射面与换能器5圆面接触面积最大化，也可以做成与换能器5圆面内接的正方形截面，图示换能器5圆面直径为Φ18，A截面矩形尺寸为12X15(mm)。

H面是个弧面，其从B截面开始向G面弯曲，直到C截面时弯曲到距G面的距离为1mm。H面的具体弯曲弧度经过声线追踪得到，保证从A截面垂直向下传导的声线，从左到右排列，所有垂直向下射到H面上的超声波均一次反射到C截面上。

这样，超声波从A截面进入波导后垂直向下传导，除临近G面1mm区域内的声线外，其它声线全射在H面上，经H面一次反射到C截面上。临近G面1mm区域内的声线则不经过反射，直接射到C截面上。C截面的外形尺寸为1X15(mm)，C截面的厚度最小，保证C截面在适当的压力下能与被测管道6有效接触。

根据矩形截面B的厚度边长大小，决定B截面到C截面之间的距离，使B、C二面之间的距离越大，使二面间所有声波的行程差越近似相等，使用于接收的所述换能器5接收到的超声信号能被有效的识读。在此基础上，根据信号的强度及现场高温环境的允许程度调整A、B截面间的距离，不但使从被测物热源传到A截面的热量适合换能器5长期有效工作，也考虑适合现场安装。

由发射波导1和接收波导2组成成对波导，二个波导之间的跨度a不能为零，其适合距离可根据被测样块的厚度调整，保证被测样块一直减薄到允许的最小壁厚范围内，用于接收的所述换能器5均能接收到最适合的反射信号。

实施例2

为了适配波导与仪器间的安装，在图3所示弧面波导的基础上，还可以扩展到如图4所示的波导形状。波导从A截面开始向上扩展，扩展段7截面形状仍为规则的条块，其截面形状与A截面相同，经过二次弯折后一直到D截面，声波从入射面D截面进入波导后射到斜面E面上，经E面反射到F面上，经F面反射后，变成垂直向下进入A截面。保证从D面入射的全波声波经过二次反射后，全部声线刚好平移到A截面上，且从D截面到A截面之间所有的声线行程相等。声波过A截面后的情况与上述的弧面波导一致。E面和F面平行，E和F面与G面的夹角b大于0度并小于60度。

在满足以上所述弧面聚声波导原理基础上，接收波导2和发射波导1在保持形状相似的基础上，具体尺寸可以完全相同对称，也可以不同，而是根据安装的实际要求做相应调整。从发射波导1C截面射出的所有角度的声波，都可以按对称角度进入接收波导2的C截面，并按原路线返回，一直到进入用于接收的所述换能器5。

如图5所示，把弧面聚声波导装置通过特制的卡具压紧到被测管道6上，使截面C直接与管道外壁直接接触并压实，在不使用耦合剂的情况下，使C截面与被测物之间没有空气存在。在A截面端安装在线测厚仪器，通过有线传输或无线传输的方式，按设定的间隔测量，这样，不用测量人员到现场，在监控机终端就可以看到实时的测量数据。

以上通过具体的和优选的实施例详细的描述了本发明，但本领域技术人员应该明白，本发明并不局限于以上所述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：包括发射波导和接收波导；所述发射波导和所述接收波导组成成对波导，所述发射波导和所述接收波导之间的跨度a>0；

所述发射波导和所述接收波导均包括上下连接的矩形部分和弧面部分；

所述矩形部分的上表面为A截面，所述矩形部分与所述弧面部分之间的连接面为B截面，所述弧面部分的下表面为C截面；所述A截面和所述B截面均为矩形截面；所述C截面为矩形截面；

所述矩形部分在所述A截面和所述B截面之间，所述矩形部分为截面形状为矩形的规则条块，所述矩形部分与所述A截面和所述B截面平行的截面均为矩形的截面，所述所有矩形部分的截面与所述A截面和所述B截面的形状及尺寸相同；

所述弧面部分还包括H面、G面、M面和N面；所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的上端均连接到所述B截面，所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的下端连接到所述C截面；

所述G面是平面，所述G面垂直于所述A截面和所述B截面；所述M面和所述N面也垂直于所述A截面和所述B截面；

所述H面是个弧面，其从所述B截面开始向所述G面弯曲，直到所述C截面；所述H面向所述G面弯曲过程中，其中每一个与所述B截面平行的抛面中其在所述G面上的线段与所述H面上的线段平行；所述H面的弯曲弧度保证从A截面所有垂直向下射到所述H面上的超声波均一次性反射到所述C截面上。

2.根据权利要求1所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述H面为两个，分别位于所述G面的两侧，所述G面为虚拟平面。

3.根据权利要求2所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：两个所述H面在所述G面的两侧对称设置。

4.根据权利要求1所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述M面和/或所述N面上沿宽向往两侧设置各种形状的扩展部分。

5.根据权利要求1所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述H面从所述B截面开始向所述G面弯曲，到所述C截面时弯曲到距所述G面的距离为小于2.5倍波长λ。

6.根据权利要求5所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述H面从所述B截面开始向所述G面弯曲，到所述C截面时弯曲到距所述G面的距离为0.5倍波长λ——1倍波长λ。

7.根据权利要求1所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述A截面的大小与换能器的圆面大小适配。

8.根据权利要求1所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述H面的弯曲弧度经过声线追踪得到。

9.根据权利要求1所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：声波从所述发射波导的所述C截面以一定的角度射出，能从对称角度进入所述接收波导的所述C截面，并且均能按与原入射路线相同形式的路线返回，直到进入用于接收的换能器。

10.根据权利要求1所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述A截面和所述B截面间的距离根据信号强度及现场高温环境允许程度调整，使从被测物热源传到A截面的热量适合换能器长期有效工作，并适合现场安装；所述接收波导和所述发射波导的具体尺寸可以完全相同对称，也可以不同，根据安装的实际要求做相应调整。

11.根据权利要求1所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述发射波导和所述接收波导之间的跨度a根据被测样块的厚度调整，保证被测样块一直减薄到允许的最小壁厚范围内，用于接收的换能器均能接收到最适合的反射信号。

12.根据权利要求1所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述发射波导和所述接收波导通过卡具压紧到被测管道上，使所述C截面直接与所述被测管道的外壁直接接触并压实，在不使用耦合剂的情况下，使C截面与管道的外壁之间能传导声波。

13.根据权利要求1-12任意之一所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述发射波导和/或所述接收波导还包括扩展段；

所述扩展段的下截面从所述A截面开始向上扩展，经过二次弯折后一直延伸到其上截面D截面；所述扩展段的截面形状与所述A截面相同，仍为规则的条块；

所述扩展段还包括相互平行的斜面E面和斜面F面；在所述扩展段中声波从所述D截面进入波导后射到所述E面上，经所述E面反射到所述F面上，经所述F面反射后，变成垂直向下进入所述A截面；并保证从所述D截面入射的全部声波经过二次反射后，全部声线刚好平移到所述B截面上，且从所述D截面到所述A截面之间所有的声线行程相等。

14.根据权利要求13所述的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：所述E面和所述F面与G面的夹角b大于0度并小于60度。