CN112834015A - 一种用于测量高温下板波声速的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种用于测量高温下板波声速的装置及方法，属于声速测量技术领域。包括恒温加热装置、波导板和超声板波检测系统；波导板长度方向上的一端为加热端，另一端为检测端，加热端与恒温加热装置连接，检测端通过耦合剂层与超声板波检测系统连接；加热端上沿波导板的宽度方向开设有线槽，线槽的长度小于波导板的宽度。本发明的结构设计合理，采用常温下的超声板波检测系统和耦合剂即可完成不同预设温度下的板波声速测量；可操作性强，测量结果准确。
Description
技术领域
本发明属于声速测量技术领域，具体涉及一种用于测量高温下板波声速的装置及方法。
背景技术
超声检测是常规无损检测的主要方法之一，由于其具有灵敏度高、设备轻巧、操作方便、检测效率高等优点，已广泛应用于机械、电力、石化等行业。超声检测根据利用的波型不同，可分为横波、纵波、表面波、板波等，不同波型在相同介质中的传播速度也是不同的，且声速是超声检测中的一项重要参数，它对缺陷定位的精确性有很大影响。声速会随着介质的特性、介质的温度等因素的变化而变化，目前温度对声速的影响大多都是基于理论分析，系统的实验测试不多。
在板厚与波长相当的薄板中传播的波称为板波，根据质点的振动方向不同可将板波分为SH波和兰姆波，兰姆波又分为对称型(S型)和非对称型(A型)，SH波在超声检测中应用较少，而兰姆波一般应用于壁厚小于6mm的薄板或薄壁钢管的检测中。在常温下，可通过接触式的方法测量板波的声速，而在高温下测量声速将面临超声板波换能器和耦合剂的耐受性问题，换能器在高温环境时会大幅度降低回波的灵敏度，耦合剂则会挥发或与氧气发生化学反应，检测精度较差。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于测量高温下板波声速的装置及方法，能够准确测量高温下板波的声速。
本发明通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种用于测量高温下板波声速的装置，包括恒温加热装置、波导板和超声板波检测系统；
波导板长度方向上的一端为加热端，另一端为检测端，加热端与恒温加热装置连接，检测端通过耦合剂层与超声板波检测系统连接；加热端上沿波导板的宽度方向开设有线槽，线槽的长度小于波导板的宽度。
优选地，恒温加热装置为恒温炉。
优选地，波导板的长度为1000～1200mm，波导板加热端的长度为波导板总长度的1/4。
优选地，线槽的长度为波导板宽度的1/2，线槽的深度为波导板深度的1/4～1/3，线槽的宽度为0.2～0.5mm。
优选地，超声板波检测系统包括超声板波换能器、超声模块和示波器，超声板波换能器通过耦合剂层与波导板检测端的上表面连接，超声板波换能器与超声模块连接，超声模块与示波器连接。
进一步优选地，超声板波换能器为单模态板波换能器。
优选地，波导板的检测端和加热端分别设有温度检测装置。
本发明公开的采用上述用于测量高温下板波声速的装置进行板波声速测量的方法，包括：
通过恒温加热装置将波导板的加热端加热至预设温度下，并保持恒温，同时使得波导板的检测端温度小于检测温度，超声板波检测系统发射的板波传播至线槽及波导板加热端端面时均产生回波，回波经超声板波检测系统转换为回波信号，通过测量线槽对应的回波信号与波导板加热端端面对应的回波信号之间的时间差，并根据测得的时间差及线槽与波导板加热端端面之间的距离计算在该预设温度下板波的声速。
优选地，检测温度为50℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种用于测量高温下板波声速的装置，采用恒温加热装置对波导板的加热端加热至预设温度并能够保持恒温，超声板波检测系统发出的板波传播至线槽和波导板的加热端端面时均产生回波，根据超声板波检测系统接收到的回波信号，可以得到线槽对应的回波信号与波导板加热端端面对应的回波信号之间的时间差，并根据时间差和线槽与波导板加热端端面之间的距离，就能够计算得到在该预设温度下板波的声速。由于波导板具有一定长度，加热端被加热至预设的高温时，检测端的温度也能够满足常温检测的需要，采用常温下的超声板波检测系统和耦合剂即可完成不同预设温度下的板波声速测量；可操作性强，测量结果准确。
进一步地，恒温加热装置采用恒温炉，温控操作简便、保温效果好。
进一步地，波导板的长度为1000～1200mm，波导板加热端的长度为波导板总长度的1/4，能够保证加热端温度达到预设高温的同时，检测端的温度也能够满足常温检测的需要。
进一步地，波导板的检测端和加热端分别设有温度检测装置，能够实时监测检测端和加热端的温度数值，保证加热端温度满足测量要求，为恒温加热装置的温控提供数据，并且保证检测端的温度能够满足要求，保证回波的灵敏度。
本发明公开的采用上述用于测量高温下板波声速的装置进行声速测量的方法，能够准确测量高温下板波的声速，可操作性强。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为波导板的结构示意图。
图中：1-恒温加热装置，2-波导板，3-超声板波换能器，4-超声模块，5-示波器，6-线槽。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
如图1，本发明的用于测量高温下板波声速的装置，包括恒温加热装置1、波导板2和超声板波检测系统。
波导板2为具有一定长度的长方体板材，其材质与测量要求一致；波导板2长度方向上的一端为加热端，另一端为检测端，加热端与恒温加热装置1连接，检测端通过耦合剂层与超声板波检测系统连接；加热端上沿波导板2的宽度方向开设有线槽6，线槽6的长度小于波导板2的宽度。
超声板波检测系统的一种形式为：包括超声板波换能器3、超声模块4和示波器5，超声板波换能器3通过耦合剂层与波导板2检测端的上表面连接，超声板波换能器3与超声模块4连接，超声模块4与示波器5连接。超声板波换能器3为单模态板波换能器。
在本发明的一个较优的实施例中，恒温加热装置1为恒温炉。
在本发明的一个较优的实施例中，波导板2的长度为1000～1200mm，波导板2加热端的长度为波导板2总长度的1/4。
线槽6的尺寸设定如下：线槽6的长度为波导板2宽度的1/2，线槽6的深度为波导板2厚度的1/4～1/3，线槽6的宽度为0.2～0.5mm。
在本发明的一个较优的实施例中，波导板2的检测端和加热端分别设有温度检测装置。
由于耦合剂层及超声板波换能器3均没有在恒温加热装置1内，避免耦合剂的耐受性问题，同时避免超声板波换能器3在高温环境时会大幅度降低回波灵敏度的问题。
采用上述用于测量高温下板波声速的装置进行声速测量的方法：
通过恒温加热装置1将波导板2的加热端加热至预设温度下，并保持恒温，同时使得波导板2的检测端上端面的温度小于50℃，超声模块4产生电信号，并将所述电信号发送至超声板波换能器3中，超声板波换能器3将电信号转换为单一模态的板波，该板波传播至线槽6及波导板2的加热端端面时均产生回波，回波经超声板波换能器3转换为回波信号，超声模块4接收回波信号，并通过示波器5显示回波信号，同时通过示波器5测量线槽6对应的回波信号与波导板2加热端端面对应的回波信号之间的时间差，并根据测得的时间差及线槽6与波导板2加热端端面之间的距离计算在该预设温度下板波的声速。
在本发明的一个具体的实施例中：
如图2，波导板2长度为l1，宽度为d，厚度为T，波导板2右侧(加热端)上表面开设线槽6，线槽6的长度为d/2，深度为T/4，宽度为0.2mm，其距离左侧端面(检测端)的长度为l2；超声板波换能器3在波导板2中产生单一模态的板波；超声板波换能器3位于波导板2左侧的上端面；超声板波换能器3与波导板2之间设置有耦合剂层。
某一温度下波导板2上加热端端面和线槽6回波的传播时间分别为t1和t2，两回波之间的时间差Δt＝t1-t2，波导板2在预设温度下的线膨胀系数为α，波导板2上加热端端面和线槽6之间的线膨胀量Δl＝(l1–l2)×α，其中，l1及l2分别为波导板2长度和检测端端面到线槽6的距离，板波在波导板2上加热端端面和线槽6之间传播的总距离l＝2×(l1–l2+Δl)，则板波在预设温度下的声速ct＝l/Δt。
需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种用于测量高温下板波声速的装置，其特征在于，包括恒温加热装置(1)、波导板(2)和超声板波检测系统；
波导板(2)长度方向上的一端为加热端，另一端为检测端，加热端与恒温加热装置(1)连接，检测端通过耦合剂层与超声板波检测系统连接；加热端上沿波导板(2)的宽度方向开设有线槽(6)，线槽(6)的长度小于波导板(2)的宽度。
2.根据权利要求1所述的用于测量高温下板波声速的装置，其特征在于，恒温加热装置(1)为恒温炉。
3.根据权利要求1所述的用于测量高温下板波声速的装置，其特征在于，波导板(2)的长度为1000～1200mm，波导板(2)加热端的长度为波导板(2)总长度的1/4。
4.根据权利要求1所述的用于测量高温下板波声速的装置，其特征在于，线槽(6)的长度为波导板(2)宽度的1/2，线槽(6)的深度为波导板(2)深度的1/4～1/3，线槽(6)的宽度为0.2～0.5mm。
5.根据权利要求1所述的用于测量高温下板波声速的装置，其特征在于，超声板波检测系统包括超声板波换能器(3)、超声模块(4)和示波器(5)，超声板波换能器(3)通过耦合剂层与波导板(2)检测端的上表面连接，超声板波换能器(3)与超声模块(4)连接，超声模块(4)与示波器(5)连接。
6.根据权利要求5所述的用于测量高温下板波声速的装置，其特征在于，超声板波换能器(3)为单模态板波换能器。
7.根据权利要求1所述的用于测量高温下板波声速的装置，其特征在于，波导板(2)的检测端和加热端分别设有温度检测装置。
8.采用权利要求1～7任意一项所述用于测量高温下板波声速的装置进行板波声速测量的方法，其特征在于，包括：
通过恒温加热装置(1)将波导板(2)的加热端加热至预设温度下，并保持恒温，同时使得波导板(2)的检测端温度小于检测温度，超声板波检测系统发射的板波传播至线槽(6)及波导板(2)加热端端面时均产生回波，回波经超声板波检测系统转换为回波信号，通过测量线槽(6)对应的回波信号与波导板(2)加热端端面对应的回波信号之间的时间差，并根据测得的时间差及线槽(6)与波导板(2)加热端端面之间的距离计算在该预设温度下板波的声速。
9.根据权利要求8所述的采用用于测量高温下板波声速的装置进行板波声速测量的方法，其特征在于，检测温度为50℃。
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