CN109725062A - 具有可变顶角的双超声探针 - Google Patents

Abstract

具有可变顶角的双超声探针。双探针组件包括能够在不同检测应用所需的期望的顶角范围内自由旋转的双换能器。通过将双探针组件附接到具有限定换能器的顶角的上接触表面的楔形组件来限定用于特定应用的顶角。

Description

具有可变顶角的双超声探针

技术领域

本发明涉及超声无损测试与检测(NDT/NDI)，并且更具体地涉及用于一发一收式检测(pitch-catch inspection)的具有可变顶角的集成双探针。

背景技术

在图1(现有技术)中示出了一发一收式检测的原理。两个探针102a和102b均以顶角φ倾斜，并分别利用楔形件106a和106b耦合到测试对象36。探针102a和102b被构造成使得探针102a为发射探针，其发射超声波束30，并且探针102b是接收探针，其接收来自测试对象36的测试表面37下方深度D处的缺陷34的超声回波束32。探针102a和102b可以是相控阵探针，在该情况下，可以存在多个发射和接收的超声波束，并且可以使波束聚焦以在深度D处的缺陷34的位置处或附近具有最大的灵敏度。

应注意，尽管图1示出了平面的测试表面37，但是相同的原理适用于为管道或其它圆形或不规则表面的测试对象36。为了检测具有圆形或不规则的测试表面37的测试对象36，楔形件106a和106b的底表面将被定制成符合测试表面37。

如图1所示，探针102a和102b以及楔形件106a和106b为单独的组件。这种配置具有占地面积大的缺点：存在两个单独的探针壳体和多根电缆。通常，单独组件的尺寸不能充分地减小以允许小直径管的一发一收式检测。

另一方面，在本领域中已知在具有固定顶角的单个壳体中包括探针102a和102b两者的集成双探针组件。这种集成探针组件的优点在于，可以利用单根电缆将双探针紧凑地封装在单个壳体中。然而，现有技术中的集成探针组件的主要缺点是它们是昂贵的，并且由于顶角是固定的，因此必须为各个期望的顶角制造不同的集成探针组件。

因此，本领域需要一种集成探针组件，其中顶角在期望的顶角的整个范围内是可变的。

发明内容

因此，本公开的一般目的是提供一种具有两个探针的集成探针组件，其被构造成使得顶角在有用的顶角的整个范围内是完全可调节的。

通过在由定位销支撑的框架内容纳两个压电复合换能器使得框架和换能器可以在期望的顶角范围内自由地旋转来实现该目的。通过将探针组件安装于楔形组件的上接触表面来限定特定检测应用所需的顶角，其中上接触表面限定所需的顶角。

附图说明

图1是示出现有技术的缺陷检测的一发一收模式的示意性图示。

图2是根据本公开的双探针组件的等距视图。

图3是根据本公开的双探针组件的立面截面图。

图4A是根据本公开的双探针组件的截面图，其中探针配置成0°顶角。

图4B是根据本公开的双探针组件的截面图，其中探针配置成10°顶角。

图5A是根据本公开的双探针和楔形组件的截面图，其中探针配置成0°顶角。

图5B是根据本公开的双探针和楔形组件的截面图，其中探针配置成10°顶角。

具体实施方式

图2是双探针和楔形组件1的等距视图，双探针和楔形组件1包括利用螺钉10a和10b(在图2中未示出，参见图5A和图5B)附接到楔形组件6的双探针组件2。楔形组件6包括左侧楔形件6a和右侧楔形件6b，左侧楔形件6a和右侧楔形件6b由防止左侧楔形件6a和右侧楔形件6b之间的声串扰的隔音屏障7隔开。双探针组件2包括容纳在探针壳体12内的左侧压电复合换能器16a和右侧压电复合换能器16b(参见图5A和图5B)。用于与换能器16a和16b的元件电接触的电缆优选被容纳在电缆护套5和电缆轴衬4内。耦合剂入口/出口歧管8a和8b(未示出)提供优选为水的液体耦合剂，以促进双探针和楔形组件1与测试表面37之间的声耦合。

图3是探针组件2的左侧的侧截面图，并且示出了本公开的重要的新颖方面。左侧背衬层14a和左侧压电复合换能器16a容纳在左侧框架18a内。左侧换能器16a具有左侧换能器接触表面21a。左侧框架18a由左后侧定位销20a和左前侧定位销22a可枢转地支撑。定位销20a和22a优选地分别通过左后侧保持夹24a和左前侧保持夹26a保持就位。应注意的是，本公开的一个重要的新颖方面是形状呈大致圆柱形的定位销20a和22a允许框架18a围绕与定位销20a和22a的轴线同轴的轴线自由旋转。

图3中未示出的是探针组件2的右侧的等同特征。右侧背衬层14b和右侧压电复合换能器16b容纳在右侧框架18b内。右侧换能器16b具有右侧换能器接触表面21b。右侧框架18b由右后侧定位销20b和右前侧定位销22b可枢转地支撑。定位销20b和22b优选地分别由右后侧保持夹24b和右前侧保持夹26b保持就位。定位销20b和22b的形状大致呈圆柱形，并且允许框架18b围绕与定位销20b和22b的轴线同轴的轴线自由旋转。

图4A和图4B是双探针组件2在图3所示的A-A方向上的截面图。双探针组件2具有对称中央面28。在图4A中，框架18a和18b示出为旋转到0°的顶角φ。顶角φ是相对于垂直面29测量的，其中垂直面29是垂直于对称中央面28的面。在图4B中，框架18a和18b被示出为旋转到10°的顶角φ。注意，大多数一发一收式检测应用需要0°到10°之间的顶角。还需注意，将用于螺钉10a和10b的通孔包括在框架18a和18b中，使得螺钉10a和10b旋转到与框架18a和18b相同的角度。然而，探针组件2可以被构造成使得螺钉10a和10b不旋转，并且所有这样的构造都在本公开的范围内。

如在图4A和图4B中能够看出的，定位销22a和20a(未示出)允许框架18a自由地旋转，并且定位销22b和20b(未示出)允许框架18b自由地旋转。

图5A和图5B是双探针和楔形组件1在图3所示B-B方向上的截面图。图5A和5B示出了如何通过双探针组件2和楔形组件6之间的接触来设定顶角。在图5A中，楔形组件6包括楔形件6a和6b，楔形件6a和6b具有限定了0°的顶角的上楔形接触表面17a和17b。在图5B中，楔形组件6'包括楔形件6a'和6b'，楔形件6a'和6b'具有限定了10°的顶角的上楔形接触表面17a'和17b'。注意，上楔形接触表面17a和17b相对于垂直面29具有0°的倾斜，上楔形接触表面17a'相对于垂直面29具有+10°的倾斜，并且上楔形接触表面17b'相对于垂直面29具有-10°的倾斜。

楔形件6a和6b分别具有下楔形表面19a和19b，并且楔形件6a'和6b'分别具有下楔形表面19a'和19b'。下楔形表面被构造成与测试对象36的测试表面37一致。下楔形表面19a'和19b'可以与下楔形表面19a和19b相同，在这种情况下，相同双探针组件的不同顶角可以被用于检测相同测试对象的不同深度。可选地，下楔形表面19a'和19b'可以与下楔形表面19a和19b不同，在这种情况下，相同双探针组件的不同顶角可以被用于不同的测试对象，例如不同直径的管。

参照图4A、图4B、图5A和图5B，本公开的一个重要方面是框架18a和18b能够围绕它们各自的定位销自由旋转，使得在没有楔形组件6的情况下，双探针组件2不具有限定的顶角。双探针组件2能够以诸如在0°和10°之间的设计允许的任何顶角操作，并且仅在探针组件2附接到楔形组件6时限定特定的顶角，此时顶角由上楔形接触表面17a和17b的倾斜限定。换能器16a的枢转角度由左侧换能器接触表面21a和上楔形接触表面17a之间的接触限定，换能器16b的枢转角度由右侧换能器接触表面21b和上楔形接触表面17b之间的接触限定。为各种情况被动地精准设定顶角φ。

应注意的是，本公开的一个重要的新颖方面是使用圆柱形定位销将换能器16a和16b可枢转地附接到探针壳体12，从而允许旋转自由度，而不是像现有技术中的那样将换能器固定到壳体上。能够有许多方法来实现枢转的接头以实现这种新颖的旋转自由度概念，这些概念都被本教导的范围所教导和涵盖。例如，定位销可以单独使用或成对使用，并且可以使用其它形式的枢转接头附接来实现旋转自由度。

与现有技术相比，本公开的双探针组件2允许增加的灵活性和降低的成本。双探针组件2比楔形组件6更昂贵且更难以制造。因此，本公开的具有可变顶角的双探针组件允许用户通过制造被构造用于不同深度和不同形状的测试对象的楔形组件来定制将单个双探针组件用于多个检测操作。

尽管已经结合本发明的特定实施方式说明了本发明，但能够理解，能够基于本公开的教导想到各种设计，并且所有这些都在本公开的范围内。

Claims (13)

1.一种双探针组件，其包括：

探针壳体；

左侧换能器，其通过至少一个左侧可枢转接合构件可枢转地附接到所述探针壳体；

右侧换能器，其通过至少一个右侧可枢转接合构件可枢转地附接到所述探针壳体，并且，

其中，所述左侧换能器能够围绕左侧旋转轴线自由旋转，所述右侧换能器能够围绕右侧旋转轴线自由旋转。

2.根据权利要求1所述的双探针组件，其特征在于，所述左侧换能器是声换能器，所述右侧换能器是声换能器。

3.根据权利要求1所述的双探针组件，其特征在于，所述至少一个左侧可枢转接合构件是一对左侧圆柱销，所述至少一个右侧可枢转接合构件是一对右侧圆柱销。

4.根据权利要求1所述的双探针组件，其特征在于，所述双探针组件还包括支撑所述左侧换能器的左侧框架和支撑所述右侧换能器的右侧框架。

5.根据权利要求1所述的双探针组件，其特征在于，所述双探针组件还包括电缆，所述电缆被构造成与所述左侧换能器的元件和所述右侧换能器的元件电连接。

6.根据权利要求5所述的双探针组件，其特征在于，所述探针壳体还包括用于所述电缆穿过的电缆孔。

7.一种双探针和楔形组件，其包括附接到楔形组件的双探针组件，其中，

所述双探针和楔形组件具有对称中央面，并且，

所述双探针组件包括：

探针壳体；

左侧换能器，其通过至少一个左侧可枢转接合构件可枢转地附接到所述探针壳体，所述左侧换能器具有左侧换能器接触表面；以及，

右侧换能器，其通过至少一个右侧可枢转接合构件可枢转地附接到所述探针壳体，所述右侧换能器具有右侧换能器接触表面；并且，

其中，所述左侧换能器能够围绕左侧旋转轴线自由旋转，所述右侧换能器能够围绕右侧旋转轴线自由旋转，并且，

所述楔形组件包括：

左侧楔形件，其具有相对于垂直面以左顶角倾斜的左侧楔形接触表面，其中，所述垂直面垂直于所述对称中央面；以及，

右侧楔形件，其具有相对于所述垂直面以右顶角倾斜的右侧楔形接触表面，并且，

其中，所述左侧换能器接触表面与以所述左顶角倾斜的所述左侧楔形接触表面接触，所述右侧换能器接触表面与以所述右顶角倾斜的所述右侧楔形接触表面接触。

8.根据权利要求7所述的双探针和楔形组件，其特征在于，所述左侧换能器是声换能器，所述右侧换能器是声换能器。

9.根据权利要求7所述的双探针和楔形组件，其特征在于，所述至少一个左侧可枢转接合构件是一对左侧圆柱销，所述至少一个右侧可枢转接合构件是一对右侧圆柱销。

10.根据权利要求1所述的双探针和楔形组件，其特征在于，所述双探针和楔形组件还包括支撑所述左侧换能器的左侧框架和支撑所述右侧换能器的右侧框架。

11.根据权利要求7所述的双探针和楔形组件，其特征在于，所述双探针和楔形组件还包括电缆，所述电缆被构造成与所述左侧换能器的元件和所述右侧换能器的元件电连接。

12.根据权利要求11所述的双探针和楔形组件，其特征在于，所述壳体还包括用于所述电缆穿过的电缆孔。

13.根据权利要求7所述的双探针和楔形组件，其特征在于，所述左侧旋转轴线和所述右侧旋转轴线两者均平行于所述对称中央面。