CN113008283B - 一种超声波横波偏振方向的测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种超声波横波偏振方向的测量系统及方法，系统包括：实验块、横波接收器、纵波接收器以及测量装置；所述实验块包括第一侧壁、第二侧壁、水平底壁以及斜坡；同时所述第一侧壁上自上至下依次固定安装有横波接收器、纵波接收器；待测超声波横波探头可自由转动地设置在所述斜坡坡面上；所述测量装置分别接收横波接收器与纵波接收器的探测结果并基于所述探测结果判断待测超声波横波探头的偏振方向。本发明可以快速准确的标定出横波探头的偏振方向，无需去特殊定制具有偏振方向标识的探头。通过此种方法可以节省时间，提高了工作效率。

Description

一种超声波横波偏振方向的测量系统及方法

技术领域

本发明涉及超声波检测技术领域，尤其涉及一种超声波横波偏振方向的测量系统及方法。

背景技术

超声波的应用领域非常广泛，工业、农业、医疗和军事等领域都有很多的应用。但是现有超声波横波探头的偏振方向在生产时并不会进行标注，即其偏振方向是无法很快确定的，只有特殊要求的产品才能在生产时对探头进行标注，但是想要准确确定超声横波探头的偏振方向需要生产厂家特殊定做，这对于普通用户来说，既需要耗费时间，需要进行繁琐的测量，又需要很高的经济支出。

发明内容

基于此，为解决现有技术所存在的不足，特提出了一种超声波横波偏振方向的测量系统，以基于超声波波型转换的性质以及横波偏振的特点，给出一种以简单，快速，准确的测量出超声横波的偏振方向的系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种超声波横波偏振方向的测量系统，其特征在于，包括：实验块、横波接收器、纵波接收器以及测量装置；其中，所述实验块包括第一侧壁、第二侧壁、水平底壁以及斜坡，所述第一侧壁、第二侧壁分别垂直设置于水平底壁两侧且所述第一侧壁的高度高于第二侧壁的高度，所述斜坡的坡度角依据所述实验块材质对应的第三临界角度设置；同时所述第一侧壁上自上至下依次固定安装有横波接收器、纵波接收器；待测超声波横波探头可自由转动地设置在所述斜坡坡面上；所述测量装置分别接收横波接收器与纵波接收器的探测结果并基于所述探测结果判断待测超声波横波探头的偏振方向。

可选的，在其中一个实施例中，所述横波接收器、纵波接收器均采用超声波探头。

可选的，在其中一个实施例中，所述横波接收器、纵波接收器分别沿着所述第一侧壁的纵向中心线自上至下依次固定该第一侧壁上。

此外，为解决传统技术所存在的不足，还提出了一种基于所述测量系统的超声波横波偏振方向的测量方法。

所述测量方法，其特征在于，包括：

S1、选定所述实验块并将横波接收器、纵波接收器依次固定在实验块的第一侧壁上；

S2、将待测超声波横波探头安装在实验块的斜坡坡面上并转动；

S3、所述测量装置实时接收横波接收器与纵波接收器的探测结果并基于所述探测结果判断待测超声波横波探头的偏振方向，即若横波接收器探测到声波信号且纵波接收器未探测到声波信号，则判断待测超声波横波探头存在偏振方向。

实施本发明实施例，将具有如下有益效果：

采用了上述技术之后，本发明可以快速准确的标定出横波探头的偏振方向，无需去特殊定制具有偏振方向标识的探头。通过此种方法可以节省时间，提高了工作效率，具有很高的性价比。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

其中：

图1为一个实施例中所述系统的结构示意图；

图2为一个实施例中所述实验块的结构示意图；

图3为一个实施例中所述第一侧壁的结构示意图；

图4a-4b为一个实施例中所述实验块的具体尺寸结构示意图；

图中：1、实验块，11、第一侧壁，12、第二侧壁，13、水平底壁，14、斜坡，2、横波接收器，3、纵波接收器，4、待测超声波横波探头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一元件称为第二元件，且类似地，可将第二元件为第一元件。第一元件和第二元件两者都是元件，但其不是同一元件。

超声波的应用领域非常广泛，工业、农业、医疗和军事等领域都有很多的应用。此前想要准确确定超声横波探头的偏振方向需要生产厂家特殊定做，及耗费时间又需要很高的经济支出，但是快速确定横波的偏振方向，对超声应力测量，超声应力检测等都具有很大的帮助。针对上述问题，在本实施例中，特提出了一种超声波横波偏振方向的测量系统，其可以简单，快速，准确的测量出超声横波的偏振方向，如图1-3所示，该测量系统，其特征在于，包括：实验块1、横波接收器2、纵波接收器3以及测量装置；其中，所述实验块包括第一11、第二侧壁12、水平底壁13以及斜坡14，所述第一侧壁、第二侧壁分别垂直设置于水平底壁两侧且所述第一侧壁的高度高于第二侧壁的高度，所述斜坡的坡度角依据所述实验块材质对应的第三临界角度设置；同时所述第一侧壁上自上至下依次固定安装有横波接收器、纵波接收器；待测超声波横波探头可自由转动地设置在所述斜坡坡面上；所述测量装置分别接收横波接收器与纵波接收器的探测结果并基于所述探测结果判断待测超声波横波探头的偏振方向。本系统的设计原理如下：

由波型转换原理可知：当入射声波的入射角小于第三临界角时，除了产生同类型的反射和折射外，还会产生不同类型的反射和折射。因此，当入射横波的入射角小于其对应的第三临界角时，会产生横波和纵波两种波型。由于横波有偏振方向，当入射横波的偏振方向与临界面产生夹角，则反射波既有横波也有纵波，但当入射横波的偏振方向与临界面不产生夹角时，则反射波只有横波。根据这个原理只需要横波探测器和纵波探测器以及满足横波的入射声波的入射角小于第三临界角的实验设备，就可以轻松的标定出待测横波探头的偏振方向。

在一些具体的实施例中，所述横波接收器、纵波接收器均采用超声波探头作为检测探头。

在一些具体的实施例中，所述实验块为多个，所述实验块的制造使用不同的材质进行加工，不同材质的实验块的斜坡的坡度角A是不同的，这是由于在介质中传播的声速不同导致第三临界角度是不同的，而坡度角A是依据第三临界角度(入射角)设置，且根据反射定理定律，如果夹角设置合理，则接收器能够接受到回波，当低于第三临界角度时候则会产生波的分解；例如以钢制楔块为例它的第三临界角度为33.2°，因此坡度角A需要小于33.2°。同时所述斜坡上待测横波探头的放置位置并无明确要求，以保证待测横波探头调整后所发射的声波能够达到水平底壁即可，即纵波接收器和横波接收器两者的安装距离没有要求，仅根据反射定理，找到横波在第一侧壁的反射位置即可；所述反射定律

(c1为横波的声速，c2为纵波声速，α为入射角，β为反射角)求出纵波反射角，而横波探头的反射角与横波的入射角相同，即可根据反射角确定纵波接收器和横波接收器的位置。在一些更具体的实施例中，所述第一侧壁上设置位置调节结构，以按照反射定律以及测试需要调整纵波接收器和横波接收器的安装位置。

在一些具体的实施例中，所述实验块按照反射定律以及不同的材质对应的第三临界角度设置多个不同尺寸值的楔形实验块。

在一些具体的实施例中，所述横波接收器、纵波接收器分别沿着所述第一侧壁的纵向中心线自上至下依次固定安装在该第一侧壁上。具体而言，待测横波探头的位置首先确定没有硬性要求，仅仅保证反射声波能够到达实验块的第一侧壁即可，横波接收器、纵波接收器的位置确定是根据发射探头的位置，试块加工的角度以及根据反射横纵波反射角度的不同进行判定。由于横波的反射角大于纵波的反射角，因此纵波探头的位置应该在横波探头上面，但具体位置还需要根据发射探头的位置以及斜块加工的角度使用反射定律去准确判定。

基于相同的发明构思，提出了一种基于所述测量系统的超声波横波偏振方向的测量方法。

所述测量方法如图1所示，其包括如下步骤：

S1、选定所述实验块并将横波接收器、纵波接收器依次固定在实验块的第一侧壁上；

S2、将待测超声波横波探头安装在实验块的斜坡坡面上并转动；

S3、所述测量装置实时接收横波接收器与纵波接收器的探测结果并基于所述探测结果判断待测超声波横波探头的偏振方向，即若横波接收器探测到声波信号且纵波接收器未探测到声波信号，则判断待测超声波横波探头存在偏振方向。本步骤S3即转动待测超声波横波探头到只有横波接收器接收到信号，此时待测超声波横波探头的偏振方向就是如图所示与实验块左右平行的方向。如果两个接收器均接收不到则其没有偏振方向。

具体的实验过程：

实验设备：一个实验仪器-示波器，两个横波探头(其中一个为待测探头)，一个纵波探头，一个函数发生器、钢制实验块以及相应的连接线以及电源；所述钢制实验块为楔形块，其材质采用不锈钢，其对应的第三临界角为33.2度，则所述钢制实验块的斜坡与水平底壁的平行线所形成的角度小于第三临界角，其小于33.2度；所述第一侧壁的高度为70cm、所述第二侧壁的高度为50cm、所述水平底壁的长度为60cm，如图4a-4b所示；

基于上述原理的实验过程：

首先、使用函数发生器对待测发射横波探头进行激励，并将所述待测发射横波探头放在所述钢制实验块的斜坡的凹槽内，所述凹槽的位置为距离第一侧壁41.3cm；其次，使得两个作为接受探头的横波探头与纵波探头连接示波器并观察(由于横波与纵波的传播速度不同，因此接收到的回波时间也不同，横波的时间为纵波时间的两倍左右)。再次，旋转待测发射横波探头，观察示波器接收到的信号，当示波器上只在横波出现的时间范围内产生波形，而纵波出现的时间范围内未产生波形时，停止旋转发射探头，则因此判定此时发射横波探头的偏振方向就是与试块左右平行的方向，这是由于入射横波的偏振方向与临界面不产生夹角，无法产生纵波；最后；确定出存在偏振后，继续转动待测发射横波探头，直到示波器接收到的回波信号幅度最大，此时对应的即为偏振方向。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (4)

1.一种超声波横波偏振方向的测量系统，其特征在于，包括：实验块、横波接收器、纵波接收器以及测量装置；其中，所述实验块包括第一侧壁、第二侧壁、水平底壁以及斜坡，所述第一侧壁、第二侧壁分别垂直设置于水平底壁两侧且所述第一侧壁的高度高于第二侧壁的高度，所述斜坡的坡度角依据所述实验块材质对应的第三临界角度设置；同时所述第一侧壁上自上至下依次固定安装有横波接收器、纵波接收器；待测超声波横波探头可自由转动地设置在所述斜坡坡面上；所述测量装置分别接收横波接收器与纵波接收器的探测结果并基于所述探测结果判断待测超声波横波探头的偏振方向；其中，所述斜坡的坡度角小于所述实验块材质对应的第三临界角度；所述测量装置分别接收横波接收器与纵波接收器的探测结果并基于所述探测结果判断待测超声波横波探头的偏振方向是指若横波接收器探测到声波信号且纵波接收器未探测到声波信号，则判断待测超声波横波探头存在偏振方向；确定出存在偏振后，继续转动待测发射横波探头，直到示波器接收到的回波信号幅度最大，此时对应的即为偏振方向。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述横波接收器、纵波接收器均采用超声波探头。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述横波接收器、纵波接收器分别沿着所述第一侧壁的纵向中心线自上至下依次固定该第一侧壁上。

4.一种基于权利要求1-3之一 所述测量系统的超声波横波偏振方向的测量方法，其特征在于，包括：

S1、选定所述实验块并将横波接收器、纵波接收器依次固定在实验块的第一侧壁上；

S2、将待测超声波横波探头安装在实验块的斜坡坡面上并转动；

S3、所述测量装置实时接收横波接收器与纵波接收器的探测结果并基于所述探测结果判断待测超声波横波探头的偏振方向，即若横波接收器探测到声波信号且纵波接收器未探测到声波信号，则判断待测超声波横波探头存在偏振方向；其中，所述斜坡的坡度角小于所述实验块材质对应的第三临界角度；所述测量装置分别接收横波接收器与纵波接收器的探测结果并基于所述探测结果判断待测超声波横波探头的偏振方向是指若横波接收器探测到声波信号且纵波接收器未探测到声波信号，则判断待测超声波横波探头存在偏振方向；确定出存在偏振后，继续转动待测发射横波探头，直到示波器接收到的回波信号幅度最大，此时对应的即为偏振方向。

Images