CN110108794B - 一种可调节接触力型超声导波损伤检测系统 - Google Patents

一种可调节接触力型超声导波损伤检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可调节接触力型超声导波损伤检测系统，包括上位机、控制界面及超声导波损伤检测装置，超声导波损伤检测装置包括基座模块、超声导波探头模块与测压力模块；所述上位机分别与超声导波损伤检测装置中的测压力模块和超声导波探头模块相连，用于通过控制界面对超声导波损伤检测装置进行控制；基座模块，作为检测装置的支撑结构，与测压力模块相连，用于检测装置的承重及探头的初始定位；超声导波探头模块，由楔块和电压陶瓷片构成，压电陶瓷片贴于楔块内部下底边，用于激励和接收超声导波；测压力模块，由压力传感器和智能显示仪构成，且压力传感器与智能显示仪相连，通过智能显示仪显示压力传感器所受压力，并将压力数据传入上位机。

Description

一种可调节接触力型超声导波损伤检测系统
技术领域
本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种可调节接触力型超声导波损伤检测系统。
背景技术
绞线及管道等长状结构，被广泛应用于桥梁、港口、铁路、建筑等大型环境中，这类结构的健康监测已成为国内外研究热点。
目前，国内外已经开展了缺陷检测研究，主要采用无损检测技术对绞线的长状结构及其机械强度进行检测，根据检测的原理可将目前的绞线结构损伤检测技术分为非应力波检测法和应力波检测法。其中，应力波检测方法检测距离远，对损伤敏感，逐渐成为研究的热点，目前主要包括声发射法和超声导波法。而超声导波具有衰减小、传播距离长、检测效率高等特点，其传播特性克服了非导波方法面临的复杂媒质穿透等问题，适合长距离在役探测，逐渐成为近年来结构损伤检测领域主要研究方向之一。
当前此类结构损伤超声导波检测，一般采用胶粘剂将压电陶瓷粘结于被测结构表面，由于胶粘剂硬化需要一定的时间，粘贴后的压电陶瓷片不能移动，因此该方法用于大量检测目标时效率低下。值得注意的是，不少科研工作者及检测人员，将接收信号幅值作为评判损伤的重要依据，而探头与被测结构的接触条件对信号幅值影响极大。因此，该发明装置能控制探头与被测结构表面的接触力，并能移动至不同位置，从而能快速便捷获取更多数据，且使得各个数据之间更具有参考性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种可调节接触力型超声导波损伤检测系统，该系统使超声导波探头与被测长状结构契合，且可移动至不同位置，解决传统压电晶片而造成的检测效率低下的问题，并可准确调节探头与被测结构表面的接触力，从而大幅度提高检测信号准确度与可信度。
本发明的目的通过以下的技术方案来实现：
一种可调节接触力型超声导波损伤检测系统，包括：上位机、控制界面及超声导波损伤检测装置，超声导波损伤检测装置包括基座模块、超声导波探头模块与测压力模块；所述
上位机分别与超声导波损伤检测装置中的测压力模块和超声导波探头模块相连，用于通过控制界面对超声导波损伤检测装置进行控制；
基座模块，作为检测装置的支撑结构，与测压力模块相连，用于超声导波损伤检测装置的承重及探头的初始定位；
超声导波探头模块，由楔块(4)和电压陶瓷片(5)构成，压电陶瓷片(5)贴于楔块(4)内部下底边，用于激励和接收超声导波；
测压力模块，由压力传感器(3)和智能显示仪构成，且压力传感器(3)与智能显示仪相连，通过智能显示仪显示压力传感器(3)所受压力，并将压力数据传入上位机。
与现有技术相比，本发明的一个或多个实施例可以具有如下优点：
本发明结构简单易于操作，解决了当前采用超声导波检测时，需要粘贴PZT压电陶瓷而导致低效问题，从而实现快速检测金属绞线、管道等圆柱形被检测件，大幅度提高检测效率。
本发明可根据检测结构的类型及检测方法，选择多种尺寸及多边形数的基座模块、下底边对应弧度的楔块，因此该检测系统能监测多种直径、多种类型绞线，更具有多用途性；所述超声导波探头楔块下底边与被测结构表面吻合，以提高与被测结构的接触面积，并且可以选择不同类型压电陶瓷片，激励所需模态及频率的超声导波，提高检测装置的适用性及检测精度；该发明装置能控制探头与被测结构表面的接触力，并能移动至不同位置，从而能快速便捷获取更多数据，且使得各个数据之间更具有参考性。通过以上对核心模块的设计，可以提供一种稳定可靠的可调节接触力型超声导波损伤检测装置，克服了现有细长结构超声导波检测技术存在的检测不方便、效率低、繁琐等不足，为不同尺寸、不同类型的管道和绞线等圆柱形等被检测工件提供了有效实用的检测工具。
附图说明
图1是可调节接触力型超声导波损伤检测系统结构示意图；
图2是上位机控制超声导波激励操作界面；
图3是上位机控制超声导波采集操作界面；
图4是可调节接触力型超声导波损伤检测装置装配图主视图；
图5是可调节接触力型超声导波损伤检测装置装配图三维等轴承图；
图6是第一半环形基座；
图7是第二半环形基座；
图8是超声导波探头模块楔块结构图；
图9是压力传感器结构图；
图10是挡板结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。
如图1所示，为可调节接触力型超声导波损伤检测系统结构，包括上位机、控制界面及超声导波损伤检测装置，超声导波损伤检测装置包括基座模块、超声导波探头模块与测压力模块；所述
上位机分别与超声导波损伤检测装置中的测压力模块和超声导波探头模块相连，用于通过控制界面对超声导波损伤检测装置进行控制；
基座模块，作为检测装置的支撑结构，与测压力模块相连，用于检测装置的承重及探头的初始定位；
超声导波探头模块，由楔块和电压陶瓷片构成，压电陶瓷片贴于楔块内部下底边，用于激励和接收超声导波；
测压力模块，由压力传感器和智能显示仪构成，且压力传感器与智能显示仪相连，通过智能显示仪显示压力传感器所受压力，并将压力数据传入上位机。
检测装置安装于被测结构，分别用于激励和采集超声导波信号；超声导波探头模块分别与信号发生器、数据采集卡相连，压力传感器连接智能显示仪，再将传感器度数传入上位机，上位机通过操作界面对检测装置进行控制。
参见图2，上位机通过操作界面控制波形发生器，通过开关按钮控制波形发生器工作状态；点击“读取”按钮能读取激励信号并在屏幕上显示波形及信号的中心频率；在下拉框中选择预设的基座类型，选取后生成装置图样及探头对应序号；通过复选框选择需要激活使用的探头，激活后读入探头与被测表面间的接触力；点击“激励”按钮控制波形发生器输出所读取的波形。
参见图3，上位机通过操作界面控制数据采集卡，通过开关按钮控制数据采集卡工作状态；在下拉框中选择预设的基座类型，选取后生成装置图样及探头对应序号；通过复选框选择需要激活使用的探头，激活后读入探头与被测表面间的接触力；点击“采集”按钮控制数据采集卡接收超声导波信号，并将接收的信号波形显示于上位机操作界面；点击“导出”输出所采集到的信号。
参见图4，以正十二边形基座为例，由半环形基座1和半环形基座2通过第二螺栓7合成一个正多边形环状，多边形基座每个侧面均开有三个孔，两侧的孔为螺纹孔，第一螺栓6从内测穿过该螺纹孔，并通过第一螺母8锁紧，第一螺栓剩余部分作为挡板10上下移动的导轨。超声导波探头模块由楔块4和电压陶瓷片5组成，楔块的正面为上大下小的梯形，下底边呈弧形以吻合被测结构表面，根据检测结构的类型及检测方法，超声导波探头模块可适配一系列楔块，各种楔块的下底边可对应被测结构的多种弧度，楔块的上底中心有螺纹孔，通过螺纹孔使楔块安装于压力传感器3；楔块内部为中空结构，压电陶瓷片贴于内部下底边。测压力模块由压力传感器和智能显示仪组成，所述压力传感器的两端分别设置有螺杆，其中一端螺杆穿过挡板，并通过第二螺母12固定于挡板，另一端螺杆安装导波探头模块，并且通过中部引出的导线与智能显示仪相连；所述智能显示仪用于显示压力传感器所受压力。基座两侧的导轨上装有弹簧9和蝶形螺母11，调节接触力是基于弹簧9对挡板10向外的推力，通过旋转蝶形螺母11，使挡板向内或向外运动，挡板带动压力传感器3从而使楔块4与被测结构表面贴紧或松开。
参见图5，显示了压电陶瓷片5和第二螺母12在装配图中的位置。
参见图6，为第一半环形基座1与第二半环形基座2通过第二螺栓7合成一个正多边形环状，基座每个侧面均开有三个孔，中间的孔用于穿过连接导波探头模块的螺柱，两侧的孔为用于安装第一螺栓6及第一螺母8作为挡板10上下移动的导轨。
参见图7，为第二半环形基座2和第一半环形基座1通过第二螺栓7合成一个正多边形环状，基座每个侧面均开有三个孔，中间的孔用于穿过连接导波探头模块的螺柱，两侧的孔为用于安装第一螺栓6及第一螺母8作为挡板10上下移动的导轨。
上述基座模块为一系列两半非对称结构，通过第二螺栓锁紧可合成一个正多边形环状，可根据被测结构外形尺寸及检测方法选择各种尺寸、多边形数的基座模块。
参见图8，楔块正面为上大下小的梯形，下底边呈弧形以吻合被测结构表面，根据检测结构的类型及检测方法，对应多种弧度；上底中心有螺纹孔，使其能安装于压力传感器3，楔块左侧为口字型，压电陶瓷片贴于口型内部下底边。
参见图9，为压力传感器，一端螺杆穿过挡板，通过第二螺母12固定于挡板，另一端螺杆安装导波探头模块，中部引出导线与智能显示仪相连。该压力传感器与超声导波探头同轴线，受力与超声导波探头相等，能间接测量超声导波探头与被测结构表面接触力。
参见图10，挡板10结构用于安装压力传感器，并结合碟形螺母11向压力传感器施加压力，最终传递至超声导波探头使之与被测结构表面紧密接触，而反转蝶形螺母，在弹簧9的作用下带动压力传感器，使超声导波探头与被测结构表面脱离。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (2)

1.一种可调节接触力型超声导波损伤检测系统，其特征在于，所述系统包括上位机、控制界面及超声导波损伤检测装置，超声导波损伤检测装置包括基座模块、超声导波探头模块与测压力模块；所述
上位机分别与超声导波损伤检测装置中的测压力模块和超声导波探头模块相连，用于通过控制界面对超声导波损伤检测装置进行控制；
基座模块，作为检测装置的支撑结构，与测压力模块相连，用于超声导波损伤检测装置的承重及探头的初始定位；
超声导波探头模块，由楔块(4)和电压陶瓷片(5)构成，压电陶瓷片(5)贴于楔块(4)内部下底边，用于激励和接收超声导波；
测压力模块，由压力传感器(3)和智能显示仪构成，且压力传感器(3)与智能显示仪相连，通过智能显示仪显示压力传感器(3)所受压力，并将压力数据传入上位机；
所述超声导波探头模块中楔块为上大下小的梯形状，下底边呈弧形结构，与被测结构表面吻合；
根据检测结构类型及检测方法，所述超声导波探头模块可适配一系列楔块，各种楔块的下底边可对应被测结构的多种弧度，楔块的上底中心有螺纹孔，通过螺纹孔使楔块安装于压力传感器(3)；楔块内部为中空结构，楔块左侧为口字型，压电陶瓷片贴于内部下底边；
所述测压力模块中压力传感器的两端分别设置有螺杆，其中，一端螺杆穿过挡板中心孔，并通过第二螺母(12)固定于挡板，另一端螺杆安装于超声导波探头模块，并且通过中部引出的导线与智能显示仪相连；所述智能显示仪用于显示压力传感器所受压力；
基座两侧的导轨上装有弹簧(9)和蝶形螺母(11)，基于弹簧(9)对挡板(10)向外的推力，通过旋转蝶形螺母(11)，使挡板向内或向外运动，挡板带动压力传感器(3)从而使楔块(4)与被测结构表面贴紧或松开来调节接触力。
2.如权利要求1所述的可调节接触力型超声导波损伤检测系统，其特征在于，所述基座模块由第一半环形基座(1)和第二半环形基座(2)通过第二螺栓(7)合成一个正多边形状；且正多边形状基座的每个侧面均开有三个孔，两侧的孔为螺纹孔，第一螺栓(6)从内测穿过该螺纹孔，并通过第一螺母(8)锁紧，第一螺栓剩余部分作为挡板(10)上下移动的导轨。
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