CN111289625A - 一种探头性能测试配套装置及其测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种探头性能测试配套装置，包括A型试块、B型试块、C型试块和试块通用转动支承装置；所述A型试块、B型试块和C型试块通过试块通用转动支承装置进行夹持翻转。在测试时，首先确定探头的类型和该探头所需测试的性能，再根据探头的类型选择配套装置进行测试。本发明通过将三种不同类型的试块与支承装置的配合使用构成探头测试的专用配套装置，根据不同类型的探头以及探头需要测试的性能，能够自由选择试块，满足多种类型探头性能测试的需要，同时降低试块数量、减少测试成本、提高测试效果。

Description

一种探头性能测试配套装置及其测试方法
技术领域
本发明涉及一种机车车辆零部件无损检测用具及其测试方法，尤其是一种探头性能测试配套装置及其测试方法，属于无损检测技术领域。
背景技术
超声波检测技术是应用最广泛的无损检测技术。超声波探头的性能直接影响了超声波检测结果的真实性和可靠性。国内外现行的超声波探头性能测试技术需借助大量试块进行判定。探头类型的多样化，使得现有探头性能测试技术的应用更为复杂、繁琐，且测试效果较差。针对不同类型的探头的主要性能的测试方法应用结果不佳。开发一套针对不同类型探头的性能测定综合方法及相关配套装置是解决以上问题的关键。
发明内容
本发明针对上述提出的技术问题，提出一种探头性能测试配套装置及其测试方法，能够满足多种类型探头性能测试的需要，同时降低试块数量等测试成本、提高测试效果。
本发明解决以上技术问题的技术方案是:提供一种探头性能测试配套装置，包括A型试块、B型试块、C型试块和试块通用转动支承装置；所述A型试块、B型试块和C型试块通过试块通用转动支承装置进行夹持翻转，
所述A型试块为具有正面、上端面、左端面、右端面、背面和底面的立方体状测试块体，在所述测试块体的正面上设有与背面相通的横通孔；所述左端面与所述底面相邻的一端设有平底孔；所述左端面和右端面的中部各设有一个中心孔；所述底面为上设有一段凸圆弧面；所述正面设有三组刻线，第一组长度刻线a位于正面与上端面交汇处，第二组刻线为角度刻线a位于正面与底面平面交汇处，第三组角度刻线b位于正面与底面的凸圆弧面交汇处；在背面设有一组位于背面与底面的凸圆弧面交汇处的长度刻线b；
所述B型试块包括依次连成一体且半径不同的半圆柱体状第一扇体、第二扇体和第三扇体，所述第一扇体、第二扇体和第三扇体的圆心在同一直线上，所述第二扇体的半圆柱体的半径小于所述第一扇体的半圆柱体的半径，所述第一扇体的半圆柱体的半径小于第三扇体的半圆柱体的半径，第三扇体的半圆柱半径是第二扇体的半圆柱体的半径的2±0.5倍；所述第一扇体和第二扇体与圆弧面相对的侧立面上均具有凸圆弧面和平面；所述第三扇体与圆弧面相对的侧立面为平面；
所述C型试块包括轴心在一条直线上并连成一体的第一半圆柱体、第二半圆柱体、第三半圆柱体、第四半圆柱体、第五半圆柱体、第六半圆柱体和第七半圆柱体，所述第一半圆柱体至第七半圆柱体的半径逐级减少；并且所述的七个半圆柱体侧立面的平面在同一平面上，在侧立面的平面、第一半圆柱体和第七半圆柱体的端面上设有C型试块平面刻线和C型试块端面刻线；
所述试块通用转动支承装置包括支架、第一固定座、第二固定座、可滑动支架端、第一轴、第二轴、第一定位销、第二定位销、防转轴销、第一顶轴、第二顶轴、第一螺帽和第二螺帽，所述支架的两端分别与第一固定座和第二固定座连接固定，所述支架上表面开设滑槽，所述可滑动支架端、第一顶轴和第二顶轴嵌入在所述滑槽内滑动，第一螺帽和第二螺帽分别将第一顶轴和第二顶轴固定限位在所述支架的滑槽上，所述支架一端具有竖板与所述可滑动支架端相对设置，所述竖板上具有第一孔，所述可滑动支架端具有第二孔和第三孔，所述可滑动支架端在支架的滑槽上滑动时，所述第一孔和第二孔的中心连线与两孔轴线方向重合，第一轴插在第一孔中并由所述第一定位销将第一轴固定，所述第二轴插在第二孔中并由第二定位销将第二轴固定，所述防转轴销插在第三孔中。
本发明的进一步限定技术方案，前述的探头性能测试配套装置，所述A型试块的横通孔共设有七个，每个横通孔的圆心共线，圆心连线与所述上端面的夹角呈45°
前述的探头性能测试配套装置， 所述第一扇体的侧立面上依次设有第一平面、第一凸圆弧面、第二平面以及第二凸圆弧面，所述第一扇体顶端具有第一端面；所述第二扇体的侧立面上依次设有第三凸圆弧面、第三平面以及第四平面；所述第三扇体的侧立面为第五平面，所述第三扇体顶端为第二端面。所述第一凸圆弧面、第二凸圆弧面以及第三凸圆弧面的圆弧半径相等，所述第一凸圆弧面、第二凸圆弧面以及第三凸圆弧面的圆弧的圆心处于同一轴线上。
前述的探头性能测试配套装置，所述第三扇体的侧立面上设有轴向刻线，第二端面上设有第二端面刻线；所述第一扇体的第一端面设有第一端面刻线。
前述的探头性能测试配套装置，所述第一半圆柱体至第四半圆主体长度相等，所述第五半圆柱体与第六半圆柱体长度相等，所述第七半圆柱体的长度是第一半圆柱体长度的一半。
前述的探头性能测试配套装置，所述第一螺帽和第二螺帽采用低硬度材料制作而成，并在所述第一螺帽和第二螺帽表面进行滚花处理；所述第一固定座和第二固定座以焊接的方式固定在所述支架底面的两端。
一种探头性能测试配套装置的测试方法，首先确定探头的类型和该探头所需测试的性能，再根据探头的类型选择配套装置进行测试；
具体测试包括以下步骤：
凹面斜探头性能测试流程为：入射点、前沿长度选用B型试块或C型试块进行测试，折射角选用A型试块进行测试；
平面斜探头性能测试流程为：入射点、前沿长度选用B型试块或C型试块进行测试，折射角选用A型试块进行测试，声束宽度选用C型试块进行测试，声轴偏斜角选用A型试块、B型试块或C型试块进行测试；
直探头性能测试流程为：声轴偏斜角选用A型试块、B型试块或C型试块进行测试；
双晶直探头性能测试流程为：焦距选用A型试块进行测试，扰动始波增益选用C型试块进行测试。
前述的探头性能测试配套装置的测试方法，当凹面斜探头入射点和前沿长度的测定时，将凹面斜探头放置在第一扇体的凸圆弧面上，前后移动探头，使凸圆弧面上半径为R12的圆弧的反射回波达到最高，第一扇体的第一端面的第一端面与探头纵向投影的相交位置即为声束的入射点；用刻度尺量取探头前沿至第一扇体外圆柱的距离L 1 ，根据以下公式计算探头的前沿距离： X 1 =R 12 -L 1 。
前述的探头性能测试配套装置的测试方法，凹面横波斜探头折射角测试时，将A型试块装在试块通用转动支承装置上，通过中心孔将A型试块旋转180°，使底面的凸圆弧面朝上，将凹面横波斜探头置于凸圆弧面上，移动探头，使其中一个横通孔的反射回波达到最高，测量探头前沿至立方体左端的距离L、横通孔中心至立方体左端的距离X、孔中心至测量面的距离h，根据下面的公式计算折射角β：
Figure 317130DEST_PATH_IMAGE001
；
分别选择三个不同的横通孔重复上述过程，得到三个角度β1、β2和β3，取算术平均值为凹面横波斜探头折射角。
前述的探头性能测试配套装置的测试方法，平面斜探头入射点和前沿长度的测定时，
⑴将平面斜探头放置在B型试块的第三扇体的第五平面上，移动探头，使半径为R18的第三扇体圆弧的反射回波达到最高，第三扇体的第二端面的第二端面刻线或轴向刻线与探头纵向投影的相交位置即为声束的入射点；用刻度尺量取探头前沿至第三扇体外圆柱的距离L3，根据下面公式计算探头的入射点距离：
Figure 385580DEST_PATH_IMAGE002
;
⑵将平面斜探头放置在C型试块的第一半圆柱体的平面上，移动探头，使半径为R21第一半圆柱体的圆弧的反射回波达到最高，第一半圆柱体的C型试块平面刻线或C型试块端面刻线与探头纵向投影的相交位置即为声束的入射点；用刻度尺量取探头前沿至第一半圆柱体外圆柱的距离L，根据下面公式计算探头的前沿距离：
Figure 508126DEST_PATH_IMAGE003
。
前述的探头性能测试配套装置的测试方法，平面斜探头声束宽度的测定时，
⑴将平面斜探头放置在C型试块的第一半圆柱体的平面上，使声束对准半径为R21第一半圆柱体的圆弧，前后移动探头，并调整荧光屏时基刻度，使R21的圆弧的反射回波的前沿位于满屏宽度的60%，波高达到满屏高度的80%，记录该点探头中心位置D1；
⑵向第二半圆柱体方向平移探头，回波降低半径为R22第二半圆柱体的圆弧的反射回波的前沿位于满屏宽度的50%，且R21的圆弧的反射波高降至满屏高度的40%时，记录该点探头中心位置D2，根据下面的公式计算声束宽度：
Figure 560396DEST_PATH_IMAGE004
；
⑶在第二半圆柱体、第三半圆柱体、第四半圆柱体、第五半圆柱体、第六半圆柱体和第七半圆柱体上重复以上两个步骤，可得到平面斜探头声束宽度轮廓。
前述的探头性能测试配套装置的测试方法，平面斜探头声轴偏斜角的测定时，将平面斜探头放置在B型试块的第三扇体的第五平面上，将声束入射方向垂直于外圆柱面，前后移动和摆动探头，使半径为R18的第三扇体圆弧的反射回波达到最高，将直尺的长边贴紧探头侧面，并将其一个端角放置在圆弧端面，用刻度尺量取另一端角至圆弧端面的距离a，以及直尺的宽度d，根据下面公式计算探头声轴偏斜角：
Figure 544532DEST_PATH_IMAGE005
。
前述的探头性能测试配套装置的测试方法，平面斜探头声轴偏斜角的测定时，将平面斜探头放置在C型试块的第一半圆柱体的平面上，前后移动和左右摆动探头，使声束对准半径为R21第一半圆柱体的圆弧的反射回波达到最高，沿探头侧面作一条线，分别与第一半圆柱体的外圆柱面相交，测量该线长度L，根据下面的公式计算声轴偏斜角：
Figure 998647DEST_PATH_IMAGE006
。
前述的探头性能测试配套装置的测试方法，直探头声轴偏斜角的测时，将直探头放置在B型试块的第三扇体的第五平面上，移动探头，使半径为R18的第三扇体圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第三扇体外圆柱的距离S1及探头的直径D，根据下面公式计算探头声轴在一个方向的偏差：
Figure 777248DEST_PATH_IMAGE007
，
将直探头旋转90°，移动探头，使半径为R18的第三扇体圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第三扇体外圆柱的距离S2，根据下面公式计算探头声轴在与第一个方向垂直方向的偏差：
Figure 831660DEST_PATH_IMAGE008
，
通过下面公式计算探头声轴偏斜角：
Figure 619488DEST_PATH_IMAGE009
。
前述的探头性能测试配套装置的测试方法，直探头声轴偏斜角的测时，将探头放置在C型试块的第一半圆柱体的平面上，前后移动和左右移动探头，使半径为R21第一半圆柱体的圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第一半圆柱体外圆柱的距离S1及探头的直径D，根据下面公式计算探头声轴在一个方向的偏差：
Figure 928109DEST_PATH_IMAGE010
，
将探头旋转90°，移动探头使半径为R21第一半圆柱体的圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第一扇体外圆柱的距离S2，根据下面公式计算探头声轴在与第一个方向垂直方向的偏差：
Figure 877611DEST_PATH_IMAGE011
,
通过下面公式计算探头声轴偏斜角：
Figure 638893DEST_PATH_IMAGE009
。
前述的探头性能测试配套装置的测试方法，双晶直探头焦距测定时，将探头放置在A型试块的立方体状测试块体上端面上，使探头隔声层垂直于横通孔，在上端面上横向移动探头，利用不同高度的横通孔绘制一条距离幅度校正曲线，使用该曲线上最大回波幅度的一点计算焦距。
进一步的，前述的探头性能测试配套装置的测试方法，双晶直探头扰动始波增益的测定，在测试时，双晶探头焦距在C型试块上选择圆弧半径合适的半圆柱体扇体，将双晶探头放置在所选择的半圆柱体扇体的平面上，使圆弧的反射回波达到最高，并调节至满屏高度的80%，提高增益NdB，当荧光屏零点附近的杂波达到80%时，所提高的增益值N即为扰动始波增益，单位为dB。
采用上述方法及配套装置后，A型试块可以检测的探头性能为：凹面斜探头、平面斜探头的折射角，直探头、斜探头的声轴偏斜角及双晶直探头的焦距，A型试块可通过试块通用转动支承装置进行翻转和固定，B型试块可以检测的探头性能为：凹面斜探头、平面斜探头的入射点和前沿长度及直探头、斜探头的声轴偏斜角，各类型探头的脉冲宽度、相对脉冲回波灵敏度、中心频率和相对带宽，C型试块可以检测的探头性能为：斜探头的声束宽度，双晶探头的扰动始波增益，平面斜探头的入射点和前沿长度，斜探头及直探头的声轴偏斜角。
本发明有益效果是:本发明通过将三种不同类型的试块与支承装置的配合使用构成探头测试的专用配套装置，根据不同类型的探头以及探头需要测试的性能，能够自由选择试块，满足多种类型探头性能测试的需要，同时降低试块数量、减少测试成本、提高测试效果。
附图说明
以下结合附图给出的实施例对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明中探头性能测试通用流程图；
图2为本发明中凹面斜探头性能测试流程图；
图3为本发明中平面斜探头性能测试流程图；
图4为本发明中直探头性能测试流程图；
图5为本发明中双晶直探头性能测试流程图；
图6为本发明中A型试块的结构示意图；
图7为图6的俯视图；
图8为图6的后视图；
图9为本发明中B型试块的结构示意图；
图10为图9的俯视图；
图11为图9的前视图；
图12为图9的后视图；
图13为本发明中C型试块的结构示意图；
图14为图13的俯视图；
图15为图13的前视图；
图16为图13的后视图；
图17为本发明中试块通用转动支撑装置的结构示意图；
图18为图17的俯视图；
图19、图20、图21为本发明在进行凹面斜探头入射点和前沿长度测定时的状态示意图；
图22为本发明在进行凹面斜探头折射角的测定时的状态示意图；
图23、图24、图25、图26为本发明在进行平面斜探头入射点和前沿长度的测定时的状态示意图；
图27、图28、图29为本发明在进行平面斜探头声束宽度的测定时的状态示意图；
图30、图31为本发明在进行平面斜探头声轴偏斜角的测定时的状态示意图；
图32、图33为本发明在进行直探头声轴偏斜角的测定时的状态示意图；
图34为本发明在进行双晶直探头焦距的测定时的状态示意图；
图35、图36、图37为本发明在进行双晶直探头扰动始波增益的测定时的状态示意图。
具体实施方式
本方案提供一种超声波探头性能测试配套装置，如图1-18所示，包括A型试块1、B型试块2、C型试块3和试块通用转动支承装置4；A型试块1、B型试块2和C型试块3通过试块通用转动支承装置4进行夹持翻转，
A型试块1为具有正面、上端面、左端面、右端面、背面和底面的立方体状测试块体1-1，立方体的长度为460mm、厚度为50mm、高度为150mm，在测试块体1-1的正面上设有与背面相通的横通孔1-4；左端面与底面相邻的一端设有平底孔1-8，直径为16mm，钻入深度为5mm，孔中心距底面23mm；左端面和右端面的中部各设有一个中心孔1-7，直径为36mm，钻入深度为5mm；底面1-6为上设有一段凸圆弧面1-3，凸圆弧面1-3的长度为260mm，弧面半径为87mm；正面设有三组刻线，第一组长度刻线a1-10位于正面与上端面交汇处，长度范围为170mm～450mm，第二组刻线为角度刻线a1-5位于正面与底面平面交汇处，角度范围为13.2°～27°，第三组角度刻线b1-6位于正面与底面的凸圆弧面1-3交汇处，45°～63.4°；在背面设有一组位于背面与底面的凸圆弧面1-3交汇处的长度刻线b1-9，长度范围为200mm～450mm；
B型试块2包括依次连成一体且半径不同的半圆柱体状第一扇体2-1、第二扇体2-2和第三扇体2-3，第一扇体2-1、第二扇体2-2和第三扇体2-3的圆心在同一直线上，三个扇体的长度之和为210mm；第一扇体2-1和第二扇体2-2与圆弧面相对的侧立面上均具有凸圆弧面和平面；第三扇体2-3与圆弧面相对的侧立面为平面；第一扇体上两个平面所在的半圆半径为R11=R13=65mm，两个凸圆弧面所在的半圆半径为R12=R14=66mm，且凸圆弧面的圆弧半径为87mm；第二扇体的凸圆弧面所在的半圆半径为R15=33mm，且凸圆弧的圆弧半径为87mm，第二扇体的两个平面所在的半圆半径为R16=32mm和R17=33mm，第三扇体的半圆半径为R18=66mm，第一扇体的长度为60mm，凸圆弧面的圆心至端面的距离为28mm，凸圆弧面的圆心至端面的距离为60mm，第二扇体的凸圆弧面与第一扇体的凸圆弧面相连且共圆，两平面的连接处至端面的距离为85mm，第三扇体的长度为80mm。
C型试块3包括轴心在一条直线上并连成一体的第一半圆柱体3-1、第二半圆柱体3-2、第三半圆柱体3-3、第四半圆柱体3-4、第五半圆柱体3-5、第六半圆柱体3-6和第七半圆柱体3-7，第一半圆柱体至第七半圆柱体的半径逐级减少；并且的七个半圆柱体侧立面的平面在同一平面上，在侧立面的平面、第一半圆柱体和第七半圆柱体的端面上设有C型试块平面刻线3-8和C型试块端面刻线3-9，C型试块平面刻线3-8的深度均为0.1mm～0.15mm，C型试块端面刻线3-9的长度为5mm，深度为0.3mm，且所有刻线相连；七个半圆柱体的长度之和为240mm，第一半圆柱体半径为R21=30mm，长度为40mm，第二半圆柱体半径为R22=25mm，长度为40mm，第三半圆柱体半径为R23=20mm，长度为40mm，第四半圆柱体半径为R24=15mm，长度为40mm，第五半圆柱体半径为R25=10mm，长度为30mm，第六半圆柱体半径为R26=7mm，长度为30mm，第七半圆柱体半径为R27=5mm，长度为20mm，
试块通用转动支承装置4包括支架4-1、第一固定座4-2、第二固定座4-3、可滑动支架端4-4、第一轴4-5、第二轴4-6、第一定位销、第二定位销、防转轴销、第一顶轴4-10、第二顶轴4-11、第一螺帽4-12和第二螺帽4-13，支架4-1的两端分别与第一固定座4-2和第二固定座4-3焊接方式固定连接，支架4-1上表面开设长度为353mm的滑槽，可滑动支架端4-4、第一顶轴4-10和第二顶轴4-11嵌入在滑槽内滑动，第一螺帽4-12和第二螺帽4-13分别将第一顶轴4-10和第二顶轴4-11固定限位在支架4-1的滑槽上，第一螺帽4-12和第二螺帽4-13采用低硬度材料制作而成，并在第一螺帽4-12和第二螺帽4-13表面进行滚花处理。支架4-1一端具有竖板与可滑动支架端4-4相对设置，竖板上具有第一孔4-7，可滑动支架端4-4具有第二孔4-8和第三孔4-9，第一孔和第二孔直径为36mm，第三孔直径为16mm，可滑动支架端4-4在支架的滑槽上滑动时，第一孔4-7和第二孔4-8的中心连线与两孔轴线方向重合，第一轴插在第一孔4-7中并由第一定位销将第一轴4-5固定，第二轴插在第二孔4-8中并由第二定位销将第二轴4-6固定，防转轴销插在第三孔4-9中。
在本方案中，通过试块通用转动支承装置4的可滑动支架端4-4和支架一端的竖板对试块进行夹持，由于可滑动支架端4-4可进行调节，能够满足不同长度的试块的使用，在支架4-1的上还设有两个可滑动的第一顶轴4-10和第二顶轴4-11，用于对试块进行支撑，在第一顶轴4-10和第二顶轴4-11上设置滚花处理的低硬度材料，能够有效保护试块，提高测试的准确性。
A型试块1的横通孔1-4共设有七个，每个横通孔1-4的圆心共线，圆心连线与上端面的夹角呈45°，相邻两个横通孔的水平距离为20mm，高度距离为20mm，距上端面最近的横通孔的位置为：距右端面170mm，距上侧面20mm。B型试块2的第一扇体2-1的侧立面上依次设有第一平面、第一凸圆弧面2-4、第二平面以及第二凸圆弧面，第一扇体顶端具有第一端面2-6；第二扇体2-2的侧立面上依次设有第三凸圆弧面、第三平面以及第四平面；第三扇体2-3的侧立面为第五平面2-5，第三扇体2-3顶端为第二端面2-7，第一凸圆弧面、第二凸圆弧面以及第三凸圆弧面的圆弧半径相等。第三扇体2-3的侧立面上设有轴向刻线2-8，第二端面2-7上设有第二端面刻线2-10；第一扇体2-1的第一端面2-6设有第一端面刻线2-9。
实施例1：
当凹面斜探头入射点和前沿长度的测定时，如图19、图20所示，将凹面斜探头放置在第一扇体2-1的凸圆弧面2-4上，前后移动探头，使凸圆弧面2-4上半径为R 12 =66mm的圆弧的反射回波达到最高，第一扇体2-1的第一端面2-6的第一端面2-9与探头纵向投影的相交位置即为声束的入射点；用刻度尺量取探头前沿至第一扇体2-1外圆柱的距离L 1 ，根据以下公式计算探头的前沿距离：X 1 =R 12 -L 1 。
实施例2：
凹面横波斜探头折射角测试时，如图22所示，将A型试块1装在试块通用转动支承装置4上，通过中心孔将A型试块1旋转180°，使底面的凸圆弧面1-3朝上，将凹面横波斜探头置于凸圆弧面1-3上，移动探头，使其中一个横通孔的反射回波达到最高，测量探头前沿至立方体左端的距离L、横通孔中心至立方体左端的距离X、孔中心至测量面的距离h，根据下面的公式计算折射角：
Figure 219959DEST_PATH_IMAGE012
；
分别选择三个不同的横通孔重复上述过程，得到三个角度β1、β2和β3，取算术平均值为凹面横波斜探头折射角。
第二组刻线为角度刻线a1-5分别为45°、47.7°、50.2°、52.4°、54.5°、59.5°、62.2°及63.4°横波斜探头相对于横通孔的声束入射点，测试时依靠第三组角度刻线b1-6辅助定位。长度刻线b1-9为至左端的距离，测试时可辅助读取L值。
实施例3：
平面斜探头入射点和前沿长度的测定时，如图23至图26所示，
⑴将平面斜探头放置在B型试块2的第三扇体2-3的第五平面2-5上，移动探头，使半径为R18=66mm的第三扇体2-3圆弧的反射回波达到最高，第三扇体2-3的第二端面2-7的第二端面刻线2-10或轴向刻线2-8与探头纵向投影的相交位置即为声束的入射点；用刻度尺量取探头前沿至第三扇体2-3外圆柱的距离L3，根据下面公式计算探头的入射点距离：
Figure 648667DEST_PATH_IMAGE013
;
⑵将平面斜探头放置在C型试块3的第一半圆柱体3-1的平面上，移动探头，使半径为R21=30mm第一半圆柱体3-1的圆弧的反射回波达到最高，第一半圆柱体3-1的C型试块平面刻线3-8或C型试块端面刻线3-9与探头纵向投影的相交位置即为声束的入射点；用刻度尺量取探头前沿至第一半圆柱体3-1外圆柱的距离L，根据下面公式计算探头的前沿距离：
Figure 769069DEST_PATH_IMAGE014
。
实施例4：
平面斜探头声束宽度的测定时，如图27至图29所示，
⑴将平面斜探头放置在C型试块3的第一半圆柱体3-1的平面上，使声束对准半径为R21第一半圆柱体3-1的圆弧，前后移动探头，并调整荧光屏时基刻度，使R21的圆弧的反射回波的前沿位于满屏宽度的60%，波高达到满屏高度的80%，记录该点探头中心位置D1；
⑵向第二半圆柱体3-2方向平移探头，回波降低半径为R22第二半圆柱体3-2的圆弧的反射回波的前沿位于满屏宽度的50%，且R21的圆弧的反射波高降至满屏高度的40%时，记录该点探头中心位置D2，根据下面的公式计算声束宽度：
Figure 283227DEST_PATH_IMAGE015
；
⑶在第二半圆柱体3-2、第三半圆柱体3-3、第四半圆柱体3-4、第五半圆柱体3-5、第六半圆柱体3-6和第七半圆柱体3-7即在R22=25mm、R23=20mm、R24=15mm、R25=10mm、R26=7mm及R27=5mm上重复以上两个步骤，可得到平面斜探头声束宽度轮廓。
实施例5：
平面斜探头声轴偏斜角的测定时，如图30所示，将平面斜探头放置在B型试块2的第三扇体2-3的第五平面2-5上，将声束入射方向垂直于外圆柱面，前后移动和摆动探头，使半径为R18=66mm的第三扇体2-3圆弧的反射回波达到最高，将直尺的长边贴紧探头侧面，并将其一个端角放置在圆弧端面，用刻度尺量取另一端角至圆弧端面的距离a，以及直尺的宽度d，根据下面公式计算探头声轴偏斜角：
Figure 396546DEST_PATH_IMAGE016
。
实施例6：
平面斜探头声轴偏斜角的测定时，如图31所示，将平面斜探头放置在C型试块3的第一半圆柱体3-1的平面上，前后移动和左右摆动探头，使声束对准半径为R21=30mm第一半圆柱体3-1的圆弧的反射回波达到最高，沿探头侧面作一条线，分别与第一半圆柱体3-1的外圆柱面相交，测量该线长度L，根据下面的公式计算声轴偏斜角：
Figure 414180DEST_PATH_IMAGE017
。
实施例7：
直探头声轴偏斜角的测时，如图32所示，将直探头放置在B型试块2的第三扇体2-3的第五平面2-5上，移动探头，使半径为R18=66mm的第三扇体2-3圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第三扇体2-3外圆柱的距离S1及探头的直径D，根据下面公式计算探头声轴在一个方向的偏差：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，
将直探头旋转90°，移动探头使半径为R18=66mm的第三扇体2-3圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第三扇体2-3外圆柱的距离S2，根据下面公式计算探头声轴在与第一个方向垂直方向的偏差：
Figure 439905DEST_PATH_IMAGE019
，
通过下面公式计算探头声轴偏斜角：
Figure 441359DEST_PATH_IMAGE020
。
实施例8：
直探头声轴偏斜角的测时，如图33所示，将探头放置在C型试块3的第一半圆柱体3-1的平面上，前后移动和左右移动探头，使半径为R21=30mm第一半圆柱体3-1的圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第一半圆柱体3-1外圆柱的距离S1及探头的直径D，根据下面公式计算探头声轴在一个方向的偏差：
Figure 561631DEST_PATH_IMAGE021
，
将探头旋转90°，移动探头使半径为R21=30mm第一半圆柱体3-1的圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第一扇体3-1外圆柱的距离S2，根据下面公式计算探头声轴在与第一个方向垂直方向的偏差：
Figure 433772DEST_PATH_IMAGE022
，
通过下面公式计算探头声轴偏斜角：
Figure 410824DEST_PATH_IMAGE020
。
实施例9：
双晶直探头焦距测定时，如图34所示，将探头放置在A型试块1的立方体状测试块体1-1上端面上，使探头隔声层垂直于横通孔1-4，在上端面上横向移动探头，利用不同高度的横通孔绘制一条距离幅度校正曲线，使用该曲线上最大回波幅度的一点计算焦距。
实施例10：
双晶直探头扰动始波增益的测定，如图35至图37所示，在测试时，根据双晶探头焦距在C型试块3上选择圆弧半径合适的半圆柱体，将双晶探头放置在所选择的半圆柱体的平面上，使圆弧的反射回波达到最高，并调节至满屏高度的80%，提高增益NdB，当荧光屏零点附近的杂波达到80%时，所提高的增益值N即为扰动始波增益，单位为dB。
实施例11：
脉冲宽度的测定，在B型试块2的第三扇体2-3上，使得来自于R18=66mm的回波幅度最高，读取试块圆心对应的探头入射点及探头前沿长度值并记录下来。然后在分析仪上使用“M”键和“自动设置”键找到第一次回波，用“标度”键使分析仪屏幕水平一大格代表1μs，此时可以先按“测量”键，显示屏依次出现“测量选通、CH1、CH2、数学、屏幕截图”，选择“数学”键，显示屏上依次出现“测量、周期、频率、峰_峰值等”，使用“多功能旋钮”选择“峰_峰值”并按下，稳定探头和回波，读取显示屏下方的“峰_峰值”的数字即为Vc，按“光标”键，显示屏依次显示“类型幅度/频率”，“信源数学关/FFT”，“ΔV”，“光标1”，“光标2”。
在“类型”中选择幅度，按下“多功能旋钮”，用“多功能旋钮“使光标1”和“光标2”的幅度线处于5Vc%的位置，此时，ΔV数值将显示10Vc%，这时可读取脉冲宽度。
实施例12：
相对脉冲回波灵敏度的测定，在测定脉冲宽度后，把探头从试块上取下并檫干耦合剂，读取显示屏下方“峰_峰值”的数值Va，根据下面公式计算相对脉冲回波灵敏度：
Srel=20Log10Vc/Va。
实施例13：
中心频率和相对带宽的测定，系统处于脉冲宽度测试状态，按“FFT”键，借助“水平位置”和“垂直位置”、“标度”、“采集”键共同配合调节。
显示屏可能依次出现“源波形、信源、窗口汉宁、平顶、矩形FFT缩放”，按“光标”键，显示屏出现“类型幅度”和“信源数学关”，一定要先按“信源数学关”键，并用“多功能旋钮”选择“FFT”并按下“多功能旋钮”，按“类型幅度”键选择“频率”并按下“多功能旋钮”键，此时显示屏依次出现“类型频率、信源FFT、ΔHz、光标1、光标2”。
可反复用“M”键和“FFT键”调节频谱图。使用不同类型的探头，不仅需要适当放大频谱图，更加需要利用按键“1”，选择不同的电压及适当的“衰减×1~1000”，以使得“光标”下的dB值显示正数而不是负数。如图10。例如:2.5P20直探头。应选“衰减×50”。
再次选择“类型幅度”，使光标线成水平线，使用“多功能旋钮”移动“光标1”到达频谱图的顶端，移动“光标2”线，距离“光标1”线下降6dB。移动频谱图，使频谱图左侧线与“光标2”线的交点对准屏幕中某一条垂直线，把此交汇点作为0点，并把频谱图右侧线与“光标2”线的交点作为g点，屏幕上0g点之间的宽度即为带宽Δf。
再次按下“类型频率”键使得光标线成为垂直线，使得“光标1”线与0点 重合得到f1，以及“光标2”线与g点重合得到f2。根据下面公式计算中心频 率和相对带宽：
f。＝f2+f1/2
Δfrel＝Δf/fo×100％。

Claims (20)

1.一种探头性能测试配套装置，包括A型试块（1）、B型试块（2）、C型试块（3）和试块通用转动支承装置（4）；所述A型试块、B型试块和C型试块通过试块通用转动支承装置进行夹持翻转，其特征在于：
所述A型试块（1）为具有正面、上端面、左端面、右端面、背面和底面的立方体状测试块体（1-1），在所述测试块体（1-1）的正面上设有与背面相通的横通孔（1-4）；所述左端面与所述底面相邻的一端设有平底孔（1-8）；所述左端面和右端面的中部各设有一个中心孔（1-7）；所述底面（1-6）为上设有一段凸圆弧面（1-3）；所述正面设有三组刻线，第一组长度刻线a（1-10）位于正面与上端面交汇处，第二组刻线为角度刻线a（1-5）位于正面与底面平面交汇处，第三组角度刻线b（1-6）位于正面与底面的凸圆弧面（1-3）交汇处；在背面设有一组位于背面与底面的凸圆弧面（1-3）交汇处的长度刻线b（1-9）；
所述B型试块（2）包括依次连成一体且半径不同的半圆柱体状第一扇体（2-1）、第二扇体（2-2）和第三扇体（2-3），所述第一扇体（2-1）、第二扇体（2-2）和第三扇体（2-3）的圆心在同一直线上，所述第二扇体（2-2）的半圆柱体的半径小于所述第一扇体（2-1）的半圆柱体的半径，所述第一扇体（2-1）的半圆柱体的半径小于第三扇体（2-3）的半圆柱体的半径，第三扇体（2-3）的半圆柱半径是第二扇体（2-2）的半圆柱体的半径的2±0.5倍；所述第一扇体（2-1）和第二扇体（2-2）与圆弧面相对的侧立面上均具有凸圆弧面和平面；所述第三扇体（2-3）与圆弧面相对的侧立面为平面；
所述C型试块（3）包括轴心在一条直线上并连成一体的第一半圆柱体（3-1）、第二半圆柱体（3-2）、第三半圆柱体（3-3）、第四半圆柱体（3-4）、第五半圆柱体（3-5）、第六半圆柱体（3-6）和第七半圆柱体（3-7），所述第一半圆柱体至第七半圆柱体的半径逐级减少；并且所述的七个半圆柱体侧立面的平面在同一平面上，在侧立面的平面、第一半圆柱体和第七半圆柱体的端面上设有C型试块平面刻线（3-8）和C型试块端面刻线（3-9）；
所述试块通用转动支承装置（4）包括支架（4-1）、第一固定座（4-2）、第二固定座（4-3）、可滑动支架端（4-4）、第一轴（4-5）、第二轴（4-6）、第一定位销、第二定位销、防转轴销、第一顶轴（4-10）、第二顶轴（4-11）、第一螺帽（4-12）和第二螺帽（4-13），所述支架（4-1）的两端分别与第一固定座（4-2）和第二固定座（4-3）连接固定，所述支架（4-1）上表面开设滑槽，所述可滑动支架端（4-4）、第一顶轴（4-10）和第二顶轴（4-11）嵌入在所述滑槽内滑动，第一螺帽（4-12）和第二螺帽（4-13）分别将第一顶轴（4-10）和第二顶轴（4-11）固定限位在所述支架（4-1）的滑槽上，所述支架（4-1）一端具有竖板与所述可滑动支架端（4-4）相对设置，所述竖板上具有第一孔（4-7），所述可滑动支架端（4-4）具有第二孔（4-8）和第三孔（4-9），所述可滑动支架端（4-4）在支架的滑槽上滑动时，所述第一孔（4-7）和第二孔（4-8）的中心连线与两孔轴线方向重合，第一轴插在第一孔（4-7）中并由所述第一定位销将第一轴（4-5）固定，所述第二轴插在第二孔（4-8）中并由第二定位销将第二轴（4-6）固定，所述防转轴销插在第三孔（4-9）中。
2.如权利要求1所述的探头性能测试配套装置，其特征在于：所述A型试块（1）的横通孔（1-4）共设有七个，每个横通孔（1-4）的圆心共线，圆心连线与所述上端面的夹角呈45°。
3.如权利要求2所述的探头性能测试配套装置，其特征在于: 所述第一扇体（2-1）的侧立面上依次设有第一平面、第一凸圆弧面（2-4）、第二平面以及第二凸圆弧面，所述第一扇体顶端具有第一端面（2-6）；所述第二扇体（2-2）的侧立面上依次设有第三凸圆弧面、第三平面以及第四平面；所述第三扇体（2-3）的侧立面为第五平面（2-5），所述第三扇体（2-3）顶端为第二端面（2-7）。
4.如权利要求3所述的探头性能测试配套装置，其特征在于:所述第一凸圆弧面、第二凸圆弧面以及第三凸圆弧面的圆弧半径相等。
5.如权利要求4所述的探头性能测试配套装置，其特征在于: 所述第三扇体（2-3）的侧立面上设有轴向刻线（2-8），第二端面（2-7）上设有第二端面刻线（2-10）；所述第一扇体（2-1）的第一端面（2-6）设有第一端面刻线（2-9）。
6.如权利要求1所述的探头性能测试配套装置，其特征在于: 所述第一半圆柱体至第四半圆主体长度相等，所述第五半圆柱体与第六半圆柱体长度相等，所述第七半圆柱体的长度是第一半圆柱体长度的一半。
7.如权利要求3所述的探头性能测试配套装置，其特征在于:所述第一凸圆弧面、第二凸圆弧面以及第三凸圆弧面的圆弧的圆心处于同一轴线上。
8.如权利要求1所述的探头性能测试配套装置，其特征在于:所述第一螺帽（4-12）和第二螺帽（4-13）采用低硬度材料制作而成，并在所述第一螺帽（4-12）和第二螺帽（4-13）表面进行滚花处理。
9.如权利要求1所述的探头性能测试配套装置，其特征在于:所述第一固定座（4-2）和第二固定座（4-3）以焊接的方式固定在所述支架（4-1）底面的两端。
10.一种如权利要求1所述的探头性能测试配套装置的测试方法，首先确定探头的类型和该探头所需测试的性能，再根据探头的类型选择配套装置进行测试；
其特征在于具体测试包括以下步骤：
凹面斜探头性能测试流程为：入射点、前沿长度选用B型试块（2）或C型试块（3）进行测试，折射角选用A型试块（1）进行测试；
平面斜探头性能测试流程为：入射点、前沿长度选用B型试块（2）或C型试块（3）进行测试，折射角选用A型试块（1）进行测试，声束宽度选用C型试块（3）进行测试，声轴偏斜角选用A型试块（1）、B型试块（2）或C型试块（3）进行测试；
直探头性能测试流程为：声轴偏斜角选用A型试块（1）、B型试块（2）或C型试块（3）进行测试；
双晶直探头性能测试流程为：焦距选用A型试块（1）进行测试，扰动始波增益选用C型试块（3）进行测试。
11.如权利要求10所述的探头性能测试配套装置的测试方法，其特征在于：当凹面斜探头入射点和前沿长度的测定时，将凹面斜探头放置在第一扇体（2-1）的凸圆弧面（2-4）上，前后移动探头，使凸圆弧面（2-4）上半径为R 12 的圆弧的反射回波达到最高，第一扇体（2-1）的第一端面（2-6）的第一端面（2-9）与探头纵向投影的相交位置即为声束的入射点；用刻度尺量取探头前沿至第一扇体（2-1）外圆柱的距离L 1 ，根据以下公式计算探头的前沿距离：X 1 = R 12 -L 1 。
12.如权利要求10所述的探头性能测试配套装置的测试方法，其特征在于：凹面横波斜探头折射角测试时，将A型试块（1）装在试块通用转动支承装置（4）上，通过中心孔将A型试块（1）旋转180°，使底面的凸圆弧面（1-3）朝上，将凹面横波斜探头置于凸圆弧面（1-3）上，移动探头，使其中一个横通孔的反射回波达到最高，测量探头前沿至立方体左端的距离L、横通孔中心至立方体左端的距离X、孔中心至测量面的距离h，根据下面的公式计算折射角：
Figure 685811DEST_PATH_IMAGE002
；
分别选择三个不同的横通孔重复上述过程，得到三个角度β1、β2和β3，取算术平均值为凹面横波斜探头折射角。
13.如权利要求10所述的探头性能测试配套装置的测试方法，其特征在于：平面斜探头入射点和前沿长度的测定时，
⑴将平面斜探头放置在B型试块（2）的第三扇体（2-3）的第五平面（2-5）上，移动探头，使半径为R18的第三扇体（2-3）圆弧的反射回波达到最高，第三扇体（2-3）的第二端面（2-7）的第二端面刻线（2-10）或轴向刻线（2-8）与探头纵向投影的相交位置即为声束的入射点；用刻度尺量取探头前沿至第三扇体（2-3）外圆柱的距离L3，根据下面公式计算探头的入射点距离：
Figure 652630DEST_PATH_IMAGE004
;
⑵将平面斜探头放置在C型试块（3）的第一半圆柱体（3-1）的平面上，移动探头，使半径为R21第一半圆柱体（3-1）的圆弧的反射回波达到最高，第一半圆柱体（3-1）的C型试块平面刻线（3-8）或C型试块端面刻线（3-9）与探头纵向投影的相交位置即为声束的入射点；用刻度尺量取探头前沿至第一半圆柱体（3-1）外圆柱的距离L，根据下面公式计算探头的前沿距离：
Figure 142386DEST_PATH_IMAGE006
。
14.如权利要求10所述的探头性能测试配套装置的测试方法，其特征在于：平面斜探头声束宽度的测定时，
⑴将平面斜探头放置在C型试块（3）的第一半圆柱体（3-1）的平面上，使声束对准半径为R21第一半圆柱体（3-1）的圆弧，前后移动探头，并调整荧光屏时基刻度，使R21的圆弧的反射回波的前沿位于满屏宽度的60%，波高达到满屏高度的80%，记录该点探头中心位置D1；
⑵向第二半圆柱体（3-2）方向平移探头，回波降低半径为R22第二半圆柱体（3-2）的圆弧的反射回波的前沿位于满屏宽度的50%，且R21的圆弧的反射波高降至满屏高度的40%时，记录该点探头中心位置D2，根据下面的公式计算声束宽度：
Figure 296287DEST_PATH_IMAGE008
；
⑶在第二半圆柱体（3-2）、第三半圆柱体（3-3）、第四半圆柱体（3-4）、第五半圆柱体（3-5）、第六半圆柱体（3-6）和第七半圆柱体（3-7）上重复以上两个步骤，可得到平面斜探头声束宽度轮廓。
15.如权利要求10所述的探头性能测试配套装置的测试方法，其特征在于：平面斜探头声轴偏斜角的测定时，将平面斜探头放置在B型试块（2）的第三扇体（2-3）的第五平面（2-5）上，将声束入射方向垂直于外圆柱面，前后移动和摆动探头，使半径为R18的第三扇体（2-3）圆弧的反射回波达到最高，将直尺的长边贴紧探头侧面，并将其一个端角放置在圆弧端面，用刻度尺量取另一端角至圆弧端面的距离a，以及直尺的宽度d，根据下面公式计算探头声轴偏斜角：
Figure 647634DEST_PATH_IMAGE010
。
16.如权利要求10所述的探头性能测试配套装置的测试方法，其特征在于：平面斜探头声轴偏斜角的测定时，将平面斜探头放置在C型试块（3）的第一半圆柱体（3-1）的平面上，前后移动和左右摆动探头，使声束对准半径为R21第一半圆柱体（3-1）的圆弧的反射回波达到最高，沿探头侧面作一条线，分别与第一半圆柱体（3-1）的外圆柱面相交，测量该线长度L，根据下面的公式计算声轴偏斜角：
Figure 468960DEST_PATH_IMAGE012
。
17.如权利要求10所述的探头性能测试配套装置的测试方法，其特征在于：直探头声轴偏斜角的测时，将直探头放置在B型试块（2）的第三扇体（2-3）的第五平面（2-5）上，移动探头，使半径为R18的第三扇体（2-3）圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第三扇体（2-3）外圆柱的距离S1及探头的直径D，根据下面公式计算探头声轴在一个方向的偏差：
Figure 677087DEST_PATH_IMAGE014
，
将直探头旋转90°，移动探头使半径为R18的第三扇体（2-3）圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第三扇体（2-3）外圆柱的距离S2，根据下面公式计算探头声轴在与第一个方向垂直方向的偏差：
Figure 833131DEST_PATH_IMAGE016
，
通过下面公式计算探头声轴偏斜角：
Figure 457010DEST_PATH_IMAGE018
。
18.如权利要求10所述的探头性能测试配套装置的测试方法，其特征在于：
直探头声轴偏斜角的测时，将探头放置在C型试块（3）的第一半圆柱体（3-1）的平面上，前后移动和左右移动探头，使半径为R21第一半圆柱体（3-1）的圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第一半圆柱体（3-1）外圆柱的距离S1及探头的直径D，根据下面公式计算探头声轴在一个方向的偏差：
Figure 195159DEST_PATH_IMAGE020
，
将探头旋转90°，移动探头使半径为R21第一半圆柱体（3-1）的圆弧的反射回波达到最高，用刻度尺量取探头端部至第一扇体（3-1）外圆柱的距离S2，根据下面公式计算探头声轴在与第一个方向垂直方向的偏差：
Figure 246292DEST_PATH_IMAGE022
，
通过下面公式计算探头声轴偏斜角：
Figure 889631DEST_PATH_IMAGE018
。
19.如权利要求10所述的探头性能测试配套装置的测试方法，其特征在于：
双晶直探头焦距测定时，将探头放置在A型试块（1）的立方体状测试块体（1-1）上端面上，使探头隔声层垂直于横通孔（1-4），在上端面上横向移动探头，利用不同高度的横通孔绘制一条距离幅度校正曲线，使用该曲线上最大回波幅度的一点计算焦距。
20.如权利要求10所述的探头性能测试配套装置的测试方法，其特征在于：
双晶直探头扰动始波增益的测定，在测试时，根据双晶探头焦距在C型试块（3）上选择圆弧半径合适的半圆柱体，将双晶探头放置在所选择的半圆柱体的平面上，使圆弧的反射回波达到最高，并调节至满屏高度的80%，提高增益NdB，当荧光屏零点附近的杂波达到80%时，所提高的增益值N即为扰动始波增益，单位为dB。
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