CN113219065A - 一种用于测量不同曲面下表面波声速的试块、系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于测量不同曲面下表面波声速的试块、系统及方法，包括试块本体，所述试块本体的上表面设置有凸弧面及凹弧面，且所述凸弧面与凹弧面相切，凸弧面与凹弧面的相切位置处开设有第一线槽，凹弧面的侧面开设有第二线槽，试块本体的侧面设置有第一标定线，试块本体的正面设置有第二标定线及第三线槽，其中，第一标定线与第一线槽分别位于凸弧面的两侧，第一线槽与第二线槽分别位于凹弧面的两侧，该系统及方法能够准确测量不同曲面下表面波的声速。

Description

一种用于测量不同曲面下表面波声速的试块、系统及方法

技术领域

本发明涉及一种测量声速的试块、系统及方法，具体涉及一种用于测量不同曲面下表面波声速的试块、系统及方法。

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。表面波是超声波在介质中传播的一种型式，它沿介质表面传播，常用于发现表面及近表面的缺陷，其声速除随着介质的特性、介质的温度等因素的变化而变化外，沿不同曲面传播时，其声速也存在很大差异，目前，曲面对表面波声速的影响大多都是基于理论分析，实验测试不多，在国内外文献中也鲜有详细介绍。鉴于此，需要开发一种测量不同曲面下表面波声速的系统及方法，以期找出表面波在等传播距离下不同曲面传播时声速的变化以及曲面对其声速的影响等，为研究及应用表面波检测技术提供更多思路和参考。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于测量不同曲面下表面波声速的试块、系统及方法，该试块、系统及方法能够准确测量不同曲面下表面波的声速。

为达到上述目的，本发明所述的用于测量不同曲面下表面波声速的试块包括试块本体，所述试块本体的上表面设置有凸弧面及凹弧面，且所述凸弧面与凹弧面相切，凸弧面与凹弧面的相切位置处开设有第一线槽，凹弧面的侧面开设有第二线槽，试块本体的侧面设置有第一标定线，试块本体的正面设置有第二标定线及第三线槽，其中，第一标定线与第一线槽分别位于凸弧面的两侧，第一线槽与第二线槽分别位于凹弧面的两侧。

凸弧面与凹弧面的曲率半径及圆心角均相同。

第一线槽的轴线与凸弧面对应圆心的距离以及与凹弧面对应圆心的距离相同。

第一线槽的轴线与凹弧面对应圆心之间的距离等于第二线槽的轴线与凹弧面对应圆心之间的距离。

第二标定线与第三线槽平行设置。

第一线槽、第二线槽及第三线槽均V形结构，且第一线槽、第二线槽及第三线槽的宽度相同，第一线槽、第二线槽及第三线槽的深度相同。

第一标定线与第一线槽之间的弧长等于第一线槽与第二线槽之间的弧长，第一标定线与第一线槽之间的弧长等于第二标定线与第三线槽之间的距离。

一种用于测量不同曲面下表面波声速的系统包括超声波换能器、超声模块、示波器以及用于测量不同曲面下表面波声速的试块，其中，超声模块与示波器及超声波换能器相连接，超声波换能器贴合于所述用于测量不同曲面下表面波声速的试块上。

一种用于测量不同曲面下表面波声速的方法包括以下步骤：

1)将超声波换能器放置于试块本体上，调校超声波换能器，使超声波换能器的入射点位于第一标定线处；

2)利用超声模块发射信号激励超声波换能器产生表面波，所述表面波依次在凸弧面及凹弧面上传播，并经第一线槽及第二线槽分别产生第一回波及第二回波，超声波换能器接收所述第一回波及第二回波，再将所述第一回波及第二回波分别转换为第一回波信号及第二回波信号，并发送至超声模块中，超声模块通过示波器测量第一回波的传播时间t_凸及第二回波的传播时间t_凹，再计算表面波在凸弧面上的声速c_凸＝nπr/180°t_凸以及表面波在凹弧面上的声速c_凹＝nπr/180°t_凹-t_凸，其中，n为凸弧面与凹弧面对应的圆心角，r为凸弧面与凹弧面对应的曲率半径。

一种用于测量不同曲面下表面波声速的方法包括以下步骤：

1)将超声波换能器放置于试块本体上，调校超声波换能器，使超声波换能器的入射点位于第二标定线处；

2)利用超声模块发射信号激励超声波换能器产生表面波，所述表面波经第三线槽产生回波，并返回至超声波换能器，超声模块接收到回波信号后，再通过示波器测量第三线槽回波的传播时间t_平，然后计算表面波在平面的声速为c_平＝nπr/180°t_平。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的用于测量不同曲面下表面波声速的试块、系统及方法在具体操作时，基于超声检测的原理，通过设计专门用于测量不同曲面下表面波声速的试块，以测量不同曲面下表面波的声速，具体的，所述试块本体的上表面设置有凸弧面及凹弧面，凸弧面与凹弧面相切，且相切位置开设有用于进行表面波反射的第一线槽，凹弧面的侧面开设有用于进行表面波反射的第二线槽，试块本体的正面为平正面，且设置有用于进行表面波反射的第三线槽，在测量时，通过发射表面波，并利用第一线槽、第二线槽及第三线槽进行反射，以测量不同曲面下表面波声速，操作方便、简单，实用性极强。

附图说明

图1为本发明中试块的结构示意图；

图2为测量曲面下表面波声速的系统示意图；

图3为测量平面下表面波声速的系统示意图。

其中，1为试块本体、2为凸弧面、3为凹弧面、4为第一标定线、5为第一线槽、6为第二线槽、7为第二标定线、8为第三线槽、9为超声波换能器、10为超声模块、11为示波器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

实施例一

参考图1，本发明所述的用于测量不同曲面下表面波声速的试块包括试块本体1，所述试块本体1的上表面设置有凸弧面2及凹弧面3，且所述凸弧面2与凹弧面3相切，凸弧面2与凹弧面3的相切位置处开设有第一线槽5，凹弧面3的侧面开设有第二线槽6，试块本体1的侧面设置有第一标定线4，试块本体1的正面设置有第二标定线7及第三线槽8，其中，第一标定线4与第一线槽5分别位于凸弧面2的两侧，第一线槽5与第二线槽6分别位于凹弧面3的两侧，凸弧面2与凹弧面3的曲率半径及圆心角均相同。

第一线槽5的轴线与凸弧面2对应圆心的距离以及与凹弧面3对应圆心的距离相同；第一线槽5的轴线与凹弧面3对应圆心之间的距离等于第二线槽6的轴线与凹弧面3对应圆心之间的距离；第二标定线7与第三线槽8平行设置。

第一线槽5、第二线槽6及第三线槽8均V形结构，且第一线槽5、第二线槽6及第三线槽8的宽度相同，第一线槽5、第二线槽6及第三线槽8的深度相同。

第一标定线4与第一线槽5之间的弧长等于第一线槽5与第二线槽6之间的弧长，第一标定线4与第一线槽5之间的弧长等于第二标定线7与第三线槽8之间的距离。

实施例二

参考图2，本发明所述的用于测量不同曲面下表面波声速的系统包括超声波换能器9、超声模块10、示波器11以及用于测量不同曲面下表面波声速的试块，其中，超声模块10与示波器11及超声波换能器9相连接，超声波换能器9贴合于所述用于测量不同曲面下表面波声速的试块上。

实施例三

参考图2，本发明所述的用于测量不同曲面下表面波声速的方法包括以下步骤：

1)将超声波换能器9放置于试块本体1上，调校超声波换能器9，使超声波换能器9的入射点位于第一标定线4处；

2)利用超声模块10发射信号激励超声波换能器9产生表面波，所述表面波依次在凸弧面2及凹弧面3上传播，并经第一线槽5及第二线槽6分别产生第一回波及第二回波，超声波换能器9接收所述第一回波及第二回波，再将所述第一回波及第二回波分别转换为第一回波信号及第二回波信号，并发送至超声模块10中，超声模块10通过示波器11测量第一回波的传播时间t_凸及第二回波的传播时间t_凹，再计算表面波在凸弧面2上的声速c_凸＝nπr/180°t_凸以及表面波在凹弧面3上的声速c_凹＝nπr/180°t_凹-t_凸，其中，n为凸弧面与凹弧面3对应的圆心角，r为凸弧面2与凹弧面3对应的曲率半径2。

实施例四

参考图3，本发明所述的用于测量不同曲面下表面波声速的方法包括以下步骤：

1)将超声波换能器9放置于试块本体1上，调校超声波换能器9，使超声波换能器9的入射点位于第二标定线7处；

2)利用超声模块10发射信号激励超声波换能器9产生表面波，所述表面波经第三线槽8产生回波，并返回至超声波换能器9，超声模块10接收到回波信号后，再通过示波器11测量第三线槽8回波的传播时间t_平，然后计算表面波在平面的声速为c_平＝nπr/180°t_平。

本发明可以用以测量等距离不同曲面下表面波声速的变化情况，确定某一特定曲率下表面波在凸弧面和凹弧面的传播速度大小，以及与表面波在等距离下平面传播速度的比较，进而为表面波传播时工件曲率与波长、波型转换等关系及影响作进一步研究；另外，本发明使用常规超声波换能器和普通耦合剂就能达到测量要求，且测量结果准确，可操作性强；目前国内外尚未见到关于该技术方法的介绍，该技术具有一定的研究价值。

Claims (10)

1.一种用于测量不同曲面下表面波声速的试块，其特征在于，包括试块本体(1)，所述试块本体(1)的上表面设置有凸弧面(2)及凹弧面(3)，且所述凸弧面(2)与凹弧面(3)相切，凸弧面(2)与凹弧面(3)的相切位置处开设有第一线槽(5)，凹弧面(3)的侧面开设有第二线槽(6)，试块本体(1)的侧面设置有第一标定线(4)，试块本体(1)的正面设置有第二标定线(7)及第三线槽(8)，其中，第一标定线(4)与第一线槽(5)分别位于凸弧面(2)的两侧，第一线槽(5)与第二线槽(6)分别位于凹弧面(3)的两侧。

2.根据权利要求1所述的用于测量不同曲面下表面波声速的试块，其特征在于，凸弧面(2)与凹弧面(3)的曲率半径及圆心角均相同。

3.根据权利要求1所述的用于测量不同曲面下表面波声速的试块，其特征在于，第一线槽(5)的轴线与凸弧面(2)对应圆心的距离以及与凹弧面(3)对应圆心的距离相同。

4.根据权利要求1所述的用于测量不同曲面下表面波声速的试块，其特征在于，第一线槽(5)的轴线与凹弧面(3)对应圆心之间的距离等于第二线槽(6)的轴线与凹弧面(3)对应圆心之间的距离。

5.根据权利要求1所述的用于测量不同曲面下表面波声速的试块，其特征在于，第二标定线(7)与第三线槽(8)平行设置。

6.根据权利要求1所述的用于测量不同曲面下表面波声速的试块，其特征在于，第一线槽(5)、第二线槽(6)及第三线槽(8)均为V形结构，且第一线槽(5)、第二线槽(6)及第三线槽(8)的宽度相同，第一线槽(5)、第二线槽(6)及第三线槽(8)的深度相同。

7.根据权利要求1所述的用于测量不同曲面下表面波声速的试块，其特征在于，第一标定线(4)与第一线槽(5)之间的弧长等于第一线槽(5)与第二线槽(6)之间的弧长，第一标定线(4)与第一线槽(5)之间的弧长等于第二标定线(7)与第三线槽(8)之间的距离。

8.一种用于测量不同曲面下表面波声速的系统，其特征在于，包括超声波换能器(9)、超声模块(10)、示波器(11)以及权利要求1所述的用于测量不同曲面下表面波声速的试块，其中，超声模块(10)与示波器(11)及超声波换能器(9)相连接，超声波换能器(9)贴合于所述用于测量不同曲面下表面波声速的试块上。

9.一种用于测量不同曲面下表面波声速的方法，其特征在于，基于1权利要求7所述的用于测量不同曲面下表面波声速的系统，包括以下步骤：

1)将超声波换能器(9)放置于试块本体(1)上，调校超声波换能器(9)，使超声波换能器(9)的入射点位于第一标定线(4)处；

2)利用超声模块(10)发射信号激励超声波换能器(9)产生表面波，所述表面波依次在凸弧面(2)及凹弧面(3)上传播，并经第一线槽(5)及第二线槽(6)分别产生第一回波及第二回波，超声波换能器(9)接收所述第一回波及第二回波，再将所述第一回波及第二回波分别转换为第一回波信号及第二回波信号，并发送至超声模块(10)中，超声模块(10)通过示波器(11)测量第一回波的传播时间t_凸及第二回波的传播时间t_凹，再计算表面波在凸弧面(2)上的声速c_凸＝nπr/180°t_凸以及表面波在凹弧面(3)上的声速c_凹＝nπr/180°t_凹-t_凸，其中，n为凸弧面(2)与凹弧面(3)对应的圆心角，r为凸弧面(2)与凹弧面(3)对应的曲率半径。

10.一种用于测量不同曲面下表面波声速的方法，其特征在于，基于1权利要求7所述的用于测量不同曲面下表面波声速的系统，包括以下步骤：

1)将超声波换能器(9)放置于试块本体(1)上，调校超声波换能器(9)，使超声波换能器(9)的入射点位于第二标定线(7)处；

2)利用超声模块(10)发射信号激励超声波换能器(9)产生表面波，所述表面波经第三线槽(8)产生回波，并返回至超声波换能器(9)，超声模块(10)接收到回波信号后，再通过示波器(11)测量第三线槽(8)回波的传播时间t_平，然后计算表面波在平面的声速为c_平＝nπr/180°t_平。

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