CN112362758A - 一种相控阵超声校准试块及校准方法 - Google Patents

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肖俊峰
高斯峰
李永君
唐文书
南晴
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Abstract

本发明公开了一种相控阵超声校准试块及校准方法，该试块包括试块基体、横通孔、吸声材料、刻度。其中试块基体正面为矩形，横通孔垂直于试块基体正面，吸声材料设置在试块基体的左下角和右上角，刻度在试块基体的上表面和下表面。本发明通过将不同深度的横通孔在横向错开设置，实现了在一次耦合中、沿着试块上表面或下表面横向扫查便可获得不同深度、不同折射角的相控阵超声探头的横通孔回波，实现了TCG的有效校准，减少了测量时间，精简了校准程序；通过在左下角和右上角设置吸声材料和消声槽，大大降低了试块的端角反射回波，使得即使横通孔离试块端角较近，端角回波也不会对横通孔回波造成严重干扰；通过在试块上表面设置刻度，实现了不同深度横通孔及其对应的不同角度相控阵超声折射角的探头耦合位置的快速准确确定。

Description

一种相控阵超声校准试块及校准方法
技术领域
本发明属于无损检测领域，具体涉及一种相控阵超声校准试块及校准方法。
背景技术
相控阵超声探头TCG校准往往是探头设置和校准过程中最为耗时的环节，常用的相控阵超声探头TCG校准试块为CSK-ⅡA试块，在其上进行校准时，常需要来回的调换方向、多次耦合才能完成对相控阵超声探头TCG校准。同时，CSK-ⅡA还存在试块端角的反射波过强，在校准过程中端角反射波经常会影响到横通孔的反射波辨识。
针对以上情况，实有必要设计一种相控阵超声校准试块，以实现了相控阵超声探头高效准确的校准。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种相控阵超声校准试块及校准方法，通过调整试块横通孔位置、设置吸声材料、刻上不同高度横通孔及其对应的不同角度相控阵超声折射角的刻度线，实现快速准确的相控阵超声探头TCG校准，降低了试块端角反射回波对横通孔回波的干扰，从而提高了相控阵超声探头的设置和校准效率。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种相控阵超声校准试块，该试块包括试块基体、吸声材料和多个横通孔；
其中，多个横通孔水平贯穿试块基体，多个横通孔沿试块基体的横向间隔设置，并且多个横通孔的高度均布相同，吸声材料设置在试块基体的拐角处。
优选的，所述试块基体的材质和上下表面的粗糙度与待检测工件一致。
优选的，所述横通孔的高度按照等差数列依次排布。
优选的，相邻两个横通孔之间的横向间距为：
a＝d1·tanβmax-d2·tanβmin
其中，βmin和βmax为相控阵超声探头最小折射角和最大折射角，d1和d2分别为相邻两个横通孔的高度。
优选的，所述试块基体为矩形，吸声材料呈L型，设置在试块基体的底部的两个直角位置。
优选的，所述吸声材料靠近试块基体的一侧设置有消声槽。
优选的，所述消声槽为设置在吸声材料侧壁上的锯齿槽。
优选的，所述吸声材料与试块基体的声阻抗相同。
优选的，所述试块基体上设置有用于表示每个横通孔高度、折射角极小值和和折射角极大值的刻度标识。
一种权相控阵超声校准试块的校准方法，将相控阵超声探头耦合在试块基体的上表面，并横向移动找到距离试块基体的上表面最小的横通孔在相控阵超声探头最小折射角下的最高回波，然后根据该横通孔的刻度标识作为辅助快速找到其最高回波；
然后根据上述方法依次扫查不同高度的横通孔，实现了一次耦合获得不同高度横通孔及其对应的不同角度相控阵超声折射角的测定。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的一种相控阵超声校准试块，通过将不同高度的横通孔在横向错开设置，实现了在一次耦合中、沿着试块上表面或下表面横向扫查便可获得不同高度、不同折射角的相控阵超声探头的横通孔回波，实现了TCG的有效校准，减少了测量时间，精简了校准程序；其次，在试块基体的拐角处在左下角设置吸声材料和消声槽，大大降低了试块的端角反射回波，使得即使横通孔离试块端角较近，端角回波也不会对横通孔回波造成严重干扰。
进一步，通过在试块上表面设置刻度标识，实现了不同高度横通孔及其对应的不同角度相控阵超声折射角的探头耦合位置的快速准确确定。
附图说明
图1为本发明相控阵超声校准试块结构图；
图2为本发明相控阵超声校准试块工作原理图。
图中：1-试块基体，2-横通孔，3-吸收材料，4-刻度，5-相控阵超声探头。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参照图1，一种相控阵超声校准试块，该试块包括试块基体1、横通孔2、吸声材料3和刻度4。
其中，试块基体1正面为矩形六面体，横通孔设置在试块基体1正面的侧壁上，并且横通孔的轴线水平设置，横通孔2垂直于试块基体1正面，吸声材料3设置在试块基体1的左下角和右上角，刻度4在试块基体1的顶面或底面。
试块基体1材质和上下表面的粗糙度与待检测工件一致，以保证试块上面测得的声速和反射声波强度同样适用于待检测工件。
横通孔2的数量为5个，从左到右距离上表面的高度分别为10mm、20mm、30mm、40mm、50mm。横通孔数量也可更多，高度也可根据实际需要进行设置。
横通孔2的直径通常为2mm，也可根据需要进行调整。
横通孔2横向间距由所要校准的相控阵超声探头折射角范围所决定：
设横通孔横向间距为a，相控阵超声探头最小折射角和最大折射角分别为βmin和βmax，相邻横通孔的高度分别为d1和d2，可得出横通孔的横向间距
a＝d1·tanβmax-d2·tanβmin
此间距为能保证相控阵TCG校准中，各个横通孔2之间不相互干涉的最小间距。
吸声材料3上设置有消声槽，优选的，消声槽可设置为锯齿状。
吸声材料3可为多孔吸声材料，且最好与试块基体1的声阻抗尽量接近，以抑制吸声材料/试块基体界面反射声波。
刻度4在试块上表面依次间隔刻上横通孔高度/折射角极小值和横通孔高度/折射角极大值，即10mm/35°、10mm/70°、20mm/35°、20mm/70°、30mm/35°、30mm/70°、40mm/35°、40mm/70°、50mm/35°、50mm/70°。
参考图2，对本发明做进一步的说明：
将相控阵超声探头5耦合在试块基体上表面，并左右移动找到离试块基体上表面最近的横通孔2在相控阵超声探头5最小折射角下的最高回波，此时可以试块上表面的刻度4作为辅助快速找到其最高回波。从高度最小的横通孔2的最小折射角开始，从左往右依次扫查不同高度的横通孔2，实现了一次耦合获得不同高度横通孔及其对应的不同角度相控阵超声折射角的测定。
本发明公开了一种相控阵超声校准试块，该试块包括试块基体、横通孔、吸声材料、刻度。其中试块基体正面为矩形，横通孔垂直于试块基体正面，吸声材料设置在试块基体的左下角和右上角，刻度在试块基体的上表面和下表面。本发明通过将不同高度的横通孔在横向错开设置，实现了在一次耦合中、沿着试块上表面或下表面横向扫查便可获得不同高度、不同折射角的相控阵超声探头的横通孔回波，实现了TCG的有效校准，减少了测量时间，精简了校准程序；通过在左下角和右上角设置吸声材料和消声槽，大大降低了试块的端角反射回波，使得即使横通孔离试块端角较近，端角回波也不会对横通孔回波造成严重干扰；通过在试块上表面设置刻度，实现了不同高度横通孔及其对应的不同角度相控阵超声折射角的探头耦合位置的快速准确确定。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种相控阵超声校准试块，其特征在于，该试块包括试块基体(1)、吸声材料(3)和多个横通孔；
其中，多个横通孔水平贯穿试块基体，多个横通孔沿试块基体的横向间隔设置，并且多个横通孔(2)的高度均布相同，吸声材料(3)设置在试块基体(1)的拐角处。
2.根据权利要求1所述的一种相控阵超声校准试块，其特征在于，所述试块基体(1)的材质和上下表面的粗糙度与待检测工件一致。
3.根据权利要求1所述的一种相控阵超声校准试块，其特征在于，所述横通孔的高度按照等差数列依次排布。
4.根据权利要求1所述的一种相控阵超声校准试块，其特征在于，相邻两个横通孔之间的横向间距为：
a＝d1·tanβmax-d2·tanβmin
其中，βmin和βmax为相控阵超声探头最小折射角和最大折射角，d1和d2(d1＜d2)分别为相邻两个横通孔的高度。
5.根据权利要求1所述的一种相控阵超声校准试块，其特征在于，所述试块基体为矩形，吸声材料(3)呈L型，设置在试块基体的底部的两个直角位置。
6.根据权利要求1或5所述的一种相控阵超声校准试块，其特征在于，所述吸声材料(3)靠近试块基体的一侧设置有消声槽。
7.根据权利要求6所述的一种相控阵超声校准试块，其特征在于，所述消声槽为设置在吸声材料侧壁上的锯齿槽。
8.根据权利要求1所述的一种相控阵超声校准试块，其特征在于，所述吸声材料(3)与试块基体的声阻抗相同。
9.根据权利要求1所述的一种相控阵超声校准试块，其特征在于，所述试块基体上设置有用于表示每个横通孔高度、折射角极小值和和折射角极大值的刻度标识。
10.一种权利要求1-9任一项所述的一种相控阵超声校准试块的校准方法，其特征在于，将相控阵超声探头(5)耦合在试块基体的上表面，并横向移动找到距离试块基体的上表面最小的横通孔(2)在相控阵超声探头(5)最小折射角下的最高回波，然后根据该横通孔的刻度标识作为辅助快速找到其最高回波；
然后根据上述方法依次扫查不同高度的横通孔(2)，实现了一次耦合获得不同高度横通孔及其对应的不同角度相控阵超声折射角的测定。
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