CN114324587B - 一种干耦合超声穿透法检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种干耦合超声穿透法检测装置，包括：U型架的开口处具有同轴对称设置的自由端；固定帽由同轴的大端圆柱和小端圆柱形成，中心开设有台阶孔；小端圆柱从自由端的内侧穿过，使得其大端圆柱的台阶面贴合在相应自由端的端面上并固定安装；干耦合探头的壳体形成连接杆和安装柱，内部腔体布设有探测机构，安装柱的端面有软橡胶延迟块；连接杆从两个自由端的内侧穿过并伸出固定帽的台阶孔，使得安装柱嵌套在大径孔内并固定连接；安装后使得2个软橡胶延迟块同轴相对设置。本发明的技术方案解决了对服役阶段飞机结构的原位检测，由于为检测人员人手持探头进行手工穿透法检测，难以保证两端探头严格对中，从而导致对检测结果的错判的问题。
Description
技术领域
本发明涉及但不限于无损检测技术领域，尤其是涉及一种干耦合超声穿透法检测装置。
背景技术
复合材料蜂窝夹芯结构以其重量轻、比强度/比刚度高、抗疲劳性能好等优点在航空结构上获得了大量的应用。然而，复合材料蜂窝夹芯结构制造工艺复杂且对冲击尤为敏感，在使用过程中，因各种原因会产生分层、脱粘、和蜂窝芯子褶皱/断裂损伤，会大幅降低结构的承载能力，影响飞机安全。因此，在飞机服役过程中，定期对复合材料结构进行无损检测是非常必要的，这对及时发现结构损伤并保证飞机结构安全至关重要。
蜂窝夹芯结构进行无损检测时，对于蒙皮与蜂窝芯子间的脱粘、冲击引起的蜂窝芯褶皱/开裂等损伤，采用超声脉冲反射法检测效果不佳，而超声穿透法是非常有效、可靠的检测手段，在生产过程中被广泛采用。但在飞机服役阶段的原位检测，受现场环境和装机状态的影响，现有成熟的自动化超声穿透法检测设备无法应用。因此，目前对飞机结构中蜂窝夹芯结构的现场检测普遍采用由检测人员人手持探头进行手工穿透法检测，该检测方法难以保证两端探头严格对中，从而影响接收信号的回波幅度，导致对检测结果的错判。
发明内容
本发明实施例的目的为：本发明实施例提供一种干耦合超声穿透法检测装置，以解决对服役阶段飞机中蜂窝夹芯结构的原位检测，由于为检测人员人手持探头进行手工穿透法检测，难以保证两端探头严格对中，从而导致对检测结果的错判的问题。
本发明实施例的技术方案为：本发明实施例提供一种干耦合超声穿透法检测装置，包括：U型架1、2个固定帽2、2个干耦合探头3，多颗固定螺钉5和多颗锁紧螺钉4；
其中，所述U型架1的U型主体结构为矩形，开口处具有对称设置的圆形自由端；且两个对称设置自由端开设有同轴的圆形中心通孔；
所述固定帽2为：由同轴的大端圆柱和小端圆柱形成的两级台阶柱结构，其中心开设有台阶孔，用于装配干耦合探头3；2个固定帽的小端圆柱分别从两个自由端的内侧穿过，使得其大端圆柱的台阶面贴合在相应自由端的端面上，并通过固定螺钉5穿过大端圆柱和相应自由端上对应位置的螺纹孔以将固定帽2固定安装在相应自由端上；
所述干耦合探头3的壳体采用分体结构形成连接杆和安装柱，且连接杆和安装柱形成的内部腔体布设有探测机构，安装柱的端面设置有软橡胶延迟块14形成的探测端；2个干耦合探头3的连接杆分别从两个自由端的内侧穿过相应固定帽2的台阶孔，使得连接杆伸出台阶孔的外侧小径孔、且安装柱嵌套在台阶孔的内侧大径孔内并固定连接干耦合探头3与固定帽2；2个干耦合探头3安装后使得2个软橡胶延迟块14同轴相对设置。
可选地，如上所述的干耦合超声穿透法检测装置中，
所述干耦合超声穿透法检测装置，用于通过2个同轴相对设置的软橡胶延迟块14紧贴待检测工件表面，并通过对U型架1中U型主体结构的施力以挤压软橡胶延迟块14与工件表面的空气，从而通过其中一个干耦合探头3发射激励信号并产生振动，通过另一个干耦合探头3将振动转换为电信号后进行采集。
可选地，如上所述的干耦合超声穿透法检测装置中，
所述U型架1的两个自由端沿其中心通孔周向均匀开始有多个装配通孔；
所述固定帽2中，小端圆柱的直径略小于U型架1中自由端的中心通孔直径，大端圆柱的直径与自由端的外圆直径一致，且大端圆柱的台阶面上开设有沿周向均匀布设的多个装配螺纹孔，且与U型架1自由端上的装配通孔一一对应设置；
所述固定帽2中心开设的台阶孔中，位于小端圆柱区域的小径孔以及位于大端圆柱区域的大径孔的直径和深度，与干耦合探头3中壳体尺寸匹配，用于将干耦合探头3由其连接杆依次穿过大径孔和小径孔后，并使得安装柱嵌套在大径孔内、且安装柱端面设置的软橡胶延迟块14整体凸出大径孔外部；
所述固定帽2的大端圆柱的圆柱壁上周向均匀开设有多个螺纹固定孔，用于在干耦合探头3嵌套装配到固定帽2的台阶孔内后，通过旋入螺纹固定孔中的锁紧螺钉4紧缩固定干耦合探头3与固定帽2。
可选地，如上所述的干耦合超声穿透法检测装置中，所述干耦合探头3包括：引线接头6、接头固定螺母7、内壳体8、外壳体10、软橡胶延迟块14和探测机构；
其中，所述内壳体8设置为台阶圆柱结构，内部具有贯穿性通孔，其小端连接杆与引线接头6螺纹连接，并通过接头固定螺母7进行固定，大端连接柱具有外螺纹，用于与外壳体10的开口端螺纹连接；
所述外壳体10设置为具有开口的圆柱结构，开口端端部的内螺纹在与内壳体8的大端连接柱螺接后，在其内部形成用于放置探测机构的腔体，且通过内壳体8的贯穿性通孔连通探测机构与引线接头6；外壳体10远离开口端一侧的端面形成锥形倒角结构，该倒角端开设有通孔，用于将软橡胶延迟块14部分嵌套在通孔内，并与腔体内的探测机构紧密贴合。
可选地，如上所述的干耦合超声穿透法检测装置中，所述探测机构包括：电极9、压缩弹簧11、压电晶片12和振动片13；
所述振动片13、压电晶片12和压缩弹簧11依次布设在外壳体10的腔体内，振动片13的一侧端面与软橡胶延迟块14紧密粘接固定，另一侧端面与压电晶片12的一侧端面贴紧接触，压电晶片12的另一侧端面面向内壳体8，且压缩弹簧11设置于内壳体8的大端连接柱端面与压电晶片12之间，用于向压电晶片12施加预紧力，使得压电晶片12与振动片13紧密贴合，电极9的一端与引线接头6连接，另一端穿过内壳体8的贯穿性通孔和压缩弹簧11后，与压电晶片12面向内壳体8一侧端面上的正电极点接触，压电晶片12周圈的负电极点与外壳体10的内壁接触。
可选地，如上所述的干耦合超声穿透法检测装置中，
发射端干耦合探头3的电极9，用于将后端仪器发出的激发电脉冲信号传导给压电晶片12，使压电晶片12通过逆压电效应产生超声波进行检测；接收端干耦合探头3的电极9，用于将压电晶片12通过压电效应转换的接收电信号传输到后端仪器中进行采集。
可选地，如上所述的干耦合超声穿透法检测装置中，
发射端干耦合探头3的压电晶片12，用于通过压电效应进行电信号到振动信号的转换，以实现将后端仪器发出的激励电脉冲转化为振动超声波；接收端干耦合探头3的压电晶片12，用于通过压电效应进行振动信号到电信号的转换，以实现将接收到的振动超声波转化为电信号。
可选地，如上所述的干耦合超声穿透法检测装置中，所述振动片13用于传递振动；
发射端干耦合探头3的振动片13，具体用于将压电晶片12受电脉冲激励产生的振动传递到软橡胶延迟块14中实现超声波的发射；接收端干耦合探头3的的振动片13，具体用于将软橡胶延迟块14接收到的来自被测材料中返回的超声波传递给压电晶片12进行电信号转换，实现声波的接收。
可选地，如上所述的干耦合超声穿透法检测装置中，
所述内壳体8的小端连接杆的中部外表面加工有滚花，用于在干耦合探头3接线时拧紧施力；
所述外壳体10圆柱结构的外表面加工有滚花。
本发明实施例的有益效果为：
本发明实施例提出一种干耦合超声穿透法检测装置，一方面，由于采用了便携的U型架1结构，可携带至现场应用，能够适应飞机结构原位检测条件；另一方面，采用该装置，通过U型架1可以使得其开口端的2个干耦合探头3始终保持同轴位置关系，可以确保发射端探头和接收端探头的同轴对中，保证了检测结果的可靠性；再一方面，2个干耦合探头的探测端均采用软橡胶延迟块作为探测的接触面，检测时可以不需要涂抹液体耦合剂而实现了直接干耦合，对检测现场无污染，不会对被测结构带来风险。
因此，采用本发明实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置，有效解决了现有超声穿透法检测设备对飞机结构装机状态下原位检测不适用、手工穿透法结果不可靠等技术瓶颈，并且避免了当前所采用的液体耦合方式所带来的现场污染、对被测结构造成伤害的风险，实现原位状态下对飞机复合材料结构进行有效、可靠、安全的检测，从而保障飞行安全。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1所示，为目前对飞机结构中蜂窝夹芯结构进行现场检测的检测方式的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种干耦合超声穿透法检测装置的整体结构示意图；
图3为2所示实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置中U型架的主剖视图；
图4为2所示实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置中U型架的俯视图；
图5为2所示实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置中固定帽的主剖视图；
图6为2所示实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置中固定帽的俯视图；
图7为2所示实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置中干耦合探头的半剖视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
上述背景技术中已将说明，对服役阶段飞机中蜂窝夹芯结构的原位检测，由于为检测人员人手持探头进行手工穿透法检测，如图1所示，为目前对飞机结构中蜂窝夹芯结构进行现场检测的检测方式的示意图，具体由检测人员人手持探头进行手工穿透法检测。图1所示手动检测方式的弊端是检测时难以保证两探头严格对中，影响接收信号的回波幅度，导致对检测结果的错判。
另外，现有检测方式，无论是自动化超声穿透法还是手工超声穿透法检测时都需要采用喷水或液体耦合方式，不仅会对现场造成一定的污染，使用不便，而且对于被测结构，当存在表面蒙皮破损时(如冲击引起的表面破损)，使用液体耦合剂会由破损处渗入结构内部，影响结构的性能和使用安全。
因此，为了解决飞机复合材料结构装机状态下的超声穿透法检测技术难题，并避免传统超声穿透法采用液体耦合对检测现场带来的污染和给被测结构带来的潜在风险，本发明实施例提供一种可用于复合材料结构无损检测的干耦合超声穿透法检测装置。
本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图2为本发明实施例提供的一种干耦合超声穿透法检测装置的整体结构示意图。本发明实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置的主体结构可以包括：U型架1和2个干耦合探头3，2个干耦合探头3通过2个固定帽2同轴固定安装在U型架1开口的两个自由端上；且固定帽2与相应自由端通过多个固定螺钉5固定，干耦合探头3与固定帽2通过多个锁紧螺钉4紧固连接。
图3为2所示实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置中U型架的主剖视图，图4为2所示实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置中U型架的俯视图。
参照图3和图4所示的U型架1，本发明实施例中的U型架1可以为由弹性金属板材弯折而成的，整体呈“U”字型，该U型架1的U型主体结构为矩形，开口处具有对称设置的圆形自由端；且两个对称设置自由端开设有同轴的圆形中心通孔。
图5为2所示实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置中固定帽的主剖视图，图6为2所示实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置中固定帽的俯视图。
参照图5和图6所示，本发明实施例中的固定帽2可以为：由同轴的大端圆柱和小端圆柱形成的两级台阶柱结构，其中心开设有台阶孔，用于装配干耦合探头3；2个固定帽的小端圆柱分别从两个自由端的内侧穿过，使得其大端圆柱的台阶面贴合在相应自由端的端面上，并通过固定螺钉5穿过大端圆柱和相应自由端上对应位置的螺纹孔以将固定帽2固定安装在相应自由端上。
图7为2所示实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置中干耦合探头的半剖视图。本发明实施例中的干耦合探头3的壳体采用分体结构形成连接杆和安装柱，且连接杆和安装柱形成的内部腔体布设有探测机构，安装柱的端面设置有软橡胶延迟块14形成的探测端；2个干耦合探头3的连接杆分别从两个自由端的内侧穿过相应固定帽2的台阶孔，使得连接杆伸出台阶孔的外侧小径孔、且安装柱嵌套在台阶孔的内侧大径孔内并固定连接干耦合探头3与固定帽2；2个干耦合探头3安装后使得2个软橡胶延迟块14同轴相对设置。
需要说明的是，本发明实施例中的2个干耦合探头3，其中一个作为发射端用于发射激励信号并产生振动，另一个则作为接收端用于将振动转换为电信号后进行采集，且发射端和接收端可以互换；整体干耦合超声穿透法检测装置安装后，需要保持2个干耦合探头3的发射/接收端面相对。由于U型架1采用弹性金属板材制成，干耦合探头3前端采用软橡胶制成延迟块14，不仅起到减小盲区的作用，而且工作时通过2个同轴相对设置的软橡胶延迟块14紧贴待检测工件表面，并通过对U型架1中U型主体结构的施力以挤压掉延迟块14与工件表面的空气，从而达到无需使用液体耦合而直接向工件传导声波的目的。
在本发明实施例的一种实现方式中，如图2到图6所示，U型架1的两个自由端沿其中心通孔周向均匀开始有多个装配通孔。
相应的，图5和图6所示的固定帽2中，小端圆柱的直径略小于U型架1中自由端的中心通孔直径，大端圆柱的直径与自由端的外圆直径一致，且大端圆柱的台阶面上开设有沿周向均匀布设的多个装配螺纹孔，且与U型架1自由端上的装配通孔一一对应设置。
该实现方式中，固定帽2中心开设的台阶孔中，位于小端圆柱区域的小径孔以及位于大端圆柱区域的大径孔的直径和深度，与干耦合探头3中壳体尺寸匹配，用于将干耦合探头3由其连接杆依次穿过大径孔和小径孔后，并使得安装柱嵌套在大径孔内、且安装柱端面设置的软橡胶延迟块14整体凸出大径孔外部。
在具体实现中，小径孔直径略大于干耦合探头3中连接杆的直径，大径孔直径略大于安装柱的直径，且大径孔深度应保证干耦合探头3装入时探头前的端软橡胶延迟块14能够完全凸出暴露。
该实现方式中，固定帽2的大端圆柱的圆柱壁上周向均匀开设有多个螺纹固定孔，用于在干耦合探头3嵌套装配到固定帽2的台阶孔内后，通过旋入螺纹固定孔中的锁紧螺钉4紧缩固定干耦合探头3与固定帽2。
在本发明实施例的另一种实现方式中，如图2和图7所示，干耦合探头3包括：引线接头6、接头固定螺母7、内壳体8、外壳体10、软橡胶延迟块14和探测机构。
该实现方式中，所述内壳体8设置为台阶圆柱结构，内部具有贯穿性通孔，其小端连接杆与引线接头6螺纹连接，并通过接头固定螺母7进行固定，大端连接柱具有外螺纹，用于与外壳体10的开口端螺纹连接。
该实现方式中，所述外壳体10设置为具有开口的圆柱结构，开口端端部的内螺纹在与内壳体8的大端连接柱螺接后，在其内部形成用于放置探测机构的腔体，且通过内壳体8的贯穿性通孔连通探测机构与引线接头6；外壳体10远离开口端一侧的端面形成锥形倒角结构，该倒角端开设有通孔，用于将软橡胶延迟块14部分嵌套在通孔内，并与腔体内的探测机构紧密贴合。
该实现方式在具体实施中，如图7所示，探测机构包括：电极9、压缩弹簧11、压电晶片12和振动片13。
其中，振动片13、压电晶片12和压缩弹簧11依次布设在外壳体10的腔体内，振动片13的一侧端面与软橡胶延迟块14紧密粘接固定，另一侧端面与压电晶片12的一侧端面贴紧接触，压电晶片12的另一侧端面面向内壳体8，且压缩弹簧11设置于内壳体8的大端连接柱端面与压电晶片12之间，用于向压电晶片12施加预紧力，使得压电晶片12与振动片13紧密贴合，电极9的一端与引线接头6连接，另一端穿过内壳体8的贯穿性通孔和压缩弹簧11后，与压电晶片12面向内壳体8一侧端面上的正电极点接触，压电晶片12周圈的负电极点与外壳体10的内壁接触。
在发明实施例中，发射端干耦合探头3的电极9，用于将后端仪器发出的激发电脉冲信号传导给压电晶片12，使压电晶片12通过逆压电效应产生超声波进行检测；接收端干耦合探头3的电极9，用于将压电晶片12通过压电效应转换的接收电信号传输到后端仪器中进行采集。
在发明实施例中，发射端干耦合探头3的压电晶片12，用于通过压电效应进行电信号到振动信号的转换，以实现将后端仪器发出的激励电脉冲转化为振动超声波；接收端干耦合探头3的压电晶片12，用于通过压电效应进行振动信号到电信号的转换，以实现将接收到的振动超声波转化为电信号。
在发明实施例中，振动片13用于传递振动；其中，发射端干耦合探头3的振动片13，具体用于将压电晶片12受电脉冲激励产生的振动传递到软橡胶延迟块14中实现超声波的发射；接收端干耦合探头3的的振动片13，具体用于将软橡胶延迟块14接收到的来自被测材料中返回的超声波传递给压电晶片12进行电信号转换，实现声波的接收。
采用本发明实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置对待测工件进行检测应用时，操作者手持U型架1穿过待测工件，此时同轴设置的2个干耦合探头分别位于被测工件的正反两面且轴线会始终保持对齐，需要检测时在操作者手动压力下，U型架1开口端收紧变形使得的发射端探头的发射面和接收探头的接收面均紧贴被测工件表面，从而保证一侧的发射端探头所发射的超声波进入工件传播后能够被另一侧的接收端探头接收到，实现对一个位置的检测。完成一个位置的检测后，操作者不再施加手动压力，U型架1开口端在弹力的作用下恢复初始形态，2个干耦合探头与被测工件脱离，以方便移动到下一位置进行检测。
本发明实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置，一方面，由于采用了便携的U型架1结构，可携带至现场应用，能够适应飞机结构原位检测条件；另一方面，采用该装置，通过U型架1可以使得其开口端的2个干耦合探头3始终保持同轴位置关系，可以确保发射端探头和接收端探头的同轴对中，保证了检测结果的可靠性；再一方面，2个干耦合探头的探测端均采用软橡胶延迟块作为探测的接触面，检测时可以不需要涂抹液体耦合剂而实现了直接干耦合，对检测现场无污染，不会对被测结构带来风险。
因此，采用本发明实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置，有效解决了现有超声穿透法检测设备对飞机结构装机状态下原位检测不适用、手工穿透法结果不可靠等技术瓶颈，并且避免了当前所采用的液体耦合方式所带来的现场污染、对被测结构造成伤害的风险，实现原位状态下对飞机复合材料结构进行有效、可靠、安全的检测，从而保障飞行安全。
以下通过一些具体实施示例对本发明实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置的具体实施方式进行示意性说明。
参照图2到图7所示，该具体实施示例提供的干耦合超声穿透法检测装置，主要包括：U型架1、两个固定帽2、两只干耦合探头3、6颗锁紧螺钉4以及6颗固定螺钉5。U型架1的上下两个自由端分别与两个固定帽2通过3颗固定螺钉5进行装配固定，两固定帽2与两只干耦合探头3分别通过3颗锁紧螺钉4进行锁紧固定。
如图3和图4所示，U型架1采用弹性金属板材弯折而成，整体呈“U”字型，U型架主体是矩形，但两个自由端为圆形结构，且以圆形轮廓的圆心为圆心沿厚度方向加工有圆形中心通孔，圆形中心通孔的外侧加工有3个沿圆周均布的带表面划窝的装配通孔。
如图5和图6所示，固定帽2为由同轴的大端圆柱和小端圆柱形成的两级台阶柱结构，小端圆柱直径比U型架1自由端的中心通孔略小，以保证小端圆柱能够顺利穿过U型架1中自由端的中心通孔。大端圆柱直径与U型架1自由端的外圆直径一致，大端圆柱的台阶面(即大端圆柱与小端圆柱形成台阶部的端面)加工有3个沿圆周均布的装配螺纹通孔，装配螺纹孔的直径和分布圆周直径均与U型架1自由端上装配孔的直径和分布圆周直径相同。
另外，固定帽2的两级台阶柱结构的中心处加工有台阶孔，用来放置干耦合探头。其中，台阶孔的大径孔直径比干耦合探头3的外壳体10外径稍大；台阶孔的小径孔直径比干耦合探头3的内壳体8外径稍大；台阶孔的大径孔深度应保证干耦合探头3装入时探头前的端软橡胶延迟块14能够完全凸出暴露。在固定帽2的大端圆柱的圆周面上加工有3个均布且贯穿到中心台阶孔的螺纹固定孔，分别用来实现固定帽2与干耦合探头3的锁紧固定。
如图2和图7所示，干耦合探头3包括引线接头6、接头固定螺母7、内壳体8、电极9、外壳体10、压缩弹簧11、压电晶片12、振动片13、软橡胶延迟块14。
其中，引线接头6与上壳体8通过螺母7进行固定，引线接头6上端悬空，检测时用来与探头电缆连接，下端与电极9连接。内壳体8为台阶圆柱结构，小端连接杆的端部与引线接头6螺纹固定，大端连接柱与外壳体10的开口端固定，其小端连接杆中部的外表面进行滚花加工，方便干耦合探头3接线时拧紧发力，内壳体8内部具有贯穿性中心孔，用来穿过电极9。电极9上端与引线接头6的中心端子连接，下端穿过压缩弹簧11中心孔后与压电晶片12上表面的正电极接触；检测时该电极9的作用为：作为发射端的电极9具体将后端仪器发出的激发电脉冲信号传导给压电晶片12，使压电晶片12通过逆压电效应产生超声波进行检测；作为接收端的电极9具体将压电晶片12通过压电效应转换的接收电信号传输到仪器中。
外壳体10设置为的一端具有倒角的空腔圆柱结构，外表面加工有滚花便于干耦合探头3的拿取，中心加工有台阶孔，台阶孔中大径孔的外端部设置为螺纹孔，用来与内壳体8螺纹配合，内部设置为光孔，用来放置压电晶片12和振动片13，台阶孔的小径孔位于倒角端，用来穿过软橡胶延迟块14。压缩弹簧11用以保证压电晶片12和振动片13的紧密贴合，其位于内壳体8装配后的内侧端面与压电晶片12的相对端面之间，电极9由压缩弹簧11的中心孔中穿过。压电晶片12是通过压电效应来进行电—声(振动)和声(振动)—电信号的转换，实现将后端仪器发出的激励电脉冲转化为振动超声波和将接收到的振动超声波转化为电信号，压电晶片12相对内壳体8一侧的端面上的正电极点与电极9接触，周圈的负电极点与探头下壳体内壁接触，压电晶片12的另一端面直接与振动片13贴紧接触。
振动片13为非常薄的不锈钢圆片，其一侧端面与压电晶片12下表面贴紧接触，另一侧端面与软橡胶延迟块14粘接固定在一起。振动片13主要起到传递振动的作用，发射端的振动片13具体将压电晶片12受电脉冲激励产生的振动传递到软橡胶延迟块14中实现超声波的发射；接收端的振动片13具体将软橡胶延迟块14接收到的来自被测材料中返回的超声波传递给压电晶片12进行电信号转换，实现声波的接收。软橡胶延迟块14为圆柱形的软橡胶短棒，主要实现传递超声波的目的，发射端的延迟块14将电信号激励压电晶片12所产生的超声波传导到被测结构中；接收端的延迟块14将被测结构中返回的超声波传导给压电晶片12进行电信号转换，实现声波的接收。由于软橡胶延迟块14为柔软的橡胶材料，检测时当其与被测结构表面紧密贴合时，可以排除两者间的空气，故可不需要施加液体耦合剂，实现干耦合检测的目的。
该具体实施例提供的干耦合超声穿透法检测装置装配方式可以为：对于U型架1的一个自由端(具体可以为上部自由端)，将其中一只固定帽2的小端圆柱从内侧到外侧穿过U型架1上自由端的中心孔，调整固定帽2的大端圆柱台阶面的三个装配螺纹孔与U型架1上自由端的3个装配孔对齐后，采用3颗固定螺钉5进行固定。然后将其中一只干耦合探头3由内侧到外侧将探头的内壳体8通过固定帽2的中心孔穿出后，采用3颗锁紧螺钉4通过固定帽2大端圆柱的外圆周上的螺纹固定孔实现探头3与固定帽2的锁紧固定。对于U型架1的另一个自由端，将U型架垂直翻转180度后，将该自由端翻转至上部位置，重复上述步骤，完成U型架1中另一个自由端与另一只固定帽2及另一只干耦合探头3的装配固定。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (8)
1.一种干耦合超声穿透法检测装置，其特征在于，包括：U型架(1)、2个固定帽(2)、2个干耦合探头(3)，多颗固定螺钉(5)和多颗锁紧螺钉(4)；
其中，所述U型架(1)的U型主体结构为矩形，开口处具有对称设置的圆形自由端；且两个对称设置自由端开设有同轴的圆形中心通孔，且所述U型架(1)的两个自由端沿其中心通孔周向均匀开始有多个装配通孔；
所述固定帽(2)为：由同轴的大端圆柱和小端圆柱形成的两级台阶柱结构，其中心开设有台阶孔，用于装配干耦合探头(3)，大端圆柱的台阶面上开设有沿周向均匀布设的多个装配螺纹孔，且与U型架(1)自由端上的装配通孔一一对应设置；2个固定帽的小端圆柱分别从两个自由端的内侧穿过，使得其大端圆柱的台阶面贴合在相应自由端的端面上，并通过固定螺钉(5)穿过大端圆柱和相应自由端上对应位置的螺纹孔以将固定帽(2)固定安装在相应自由端上；所述固定帽(2)的大端圆柱的圆柱壁上周向均匀开设有多个螺纹固定孔，用于在干耦合探头(3)嵌套装配到固定帽(2)的台阶孔内后，通过旋入螺纹固定孔中的锁紧螺钉(4)紧缩固定干耦合探头(3)与固定帽(2)；
所述干耦合探头(3)的壳体采用分体结构形成连接杆和安装柱，且连接杆和安装柱形成的内部腔体布设有探测机构，安装柱的端面设置有软橡胶延迟块(14)形成的探测端；2个干耦合探头(3)的连接杆分别从两个自由端的内侧穿过相应固定帽(2)的台阶孔，使得连接杆伸出台阶孔的外侧小径孔、且安装柱嵌套在台阶孔的内侧大径孔内，并固定连接干耦合探头(3)与固定帽(2)；2个干耦合探头(3)安装后使得2个软橡胶延迟块(14)同轴相对设置；
其中，所述探测机构包括：电极(9)、压缩弹簧(11)、压电晶片(12)和振动片(13)；
所述振动片(13)、压电晶片(12)和压缩弹簧(11)依次布设在外壳体(10)的腔体内，振动片(13)的一侧端面与软橡胶延迟块(14)紧密粘接固定，另一侧端面与压电晶片(12)的一侧端面贴紧接触，压电晶片(12)的另一侧端面面向内壳体(8)，且压缩弹簧(11)设置于内壳体(8)的大端连接柱端面与压电晶片(12)之间，用于向压电晶片(12)施加预紧力，使得压电晶片(12)与振动片(13)紧密贴合，电极(9)的一端与引线接头(6)连接，另一端穿过内壳体(8)的贯穿性通孔和压缩弹簧(11)后，与压电晶片(12)面向内壳体(8)一侧端面上的正电极点接触，压电晶片(12)周圈的负电极点与外壳体(10)的内壁接触。
2.根据权利要求1所述的干耦合超声穿透法检测装置，其特征在于，
所述干耦合超声穿透法检测装置，用于通过2个同轴相对设置的软橡胶延迟块(14)紧贴待检测工件表面，并通过对U型架(1)中U型主体结构的施力以挤压软橡胶延迟块(14)与工件表面的空气，从而通过其中一个干耦合探头(3)发射激励信号并产生振动，通过另一个干耦合探头(3)将振动转换为电信号后进行采集。
3.根据权利要求2所述的干耦合超声穿透法检测装置，其特征在于，
所述固定帽(2)中，小端圆柱的直径略小于U型架(1)中自由端的中心通孔直径，大端圆柱的直径与自由端的外圆直径一致；
所述固定帽(2)中心开设的台阶孔中，位于小端圆柱区域的小径孔以及位于大端圆柱区域的大径孔的直径和深度，与干耦合探头(3)中壳体尺寸匹配，用于将干耦合探头(3)由其连接杆依次穿过大径孔和小径孔后，并使得安装柱嵌套在大径孔内、且安装柱端面设置的软橡胶延迟块(14)整体凸出大径孔外部。
4.根据权利要求3所述的干耦合超声穿透法检测装置，其特征在于，所述干耦合探头(3)包括：引线接头(6)、接头固定螺母(7)、内壳体(8)、外壳体(10)、软橡胶延迟块(14)和探测机构；
其中，所述内壳体(8)设置为台阶圆柱结构，内部具有贯穿性通孔，其小端连接杆与引线接头(6)螺纹连接，并通过接头固定螺母(7)进行固定，大端连接柱具有外螺纹，用于与外壳体(10)的开口端螺纹连接；
所述外壳体(10)设置为具有开口的圆柱结构，开口端端部的内螺纹在与内壳体(8)的大端连接柱螺接后，在其内部形成用于放置探测机构的腔体，且通过内壳体(8)的贯穿性通孔连通探测机构与引线接头(6)；外壳体(10)远离开口端一侧的端面形成锥形倒角结构，该倒角端开设有通孔，用于将软橡胶延迟块(14)部分嵌套在通孔内，并与腔体内的探测机构紧密贴合。
5.根据权利要求4所述的干耦合超声穿透法检测装置，其特征在于，
发射端干耦合探头(3)的电极(9)，用于将后端仪器发出的激发电脉冲信号传导给压电晶片(12)，使压电晶片(12)通过逆压电效应产生超声波进行检测；接收端干耦合探头(3)的电极(9)，用于将压电晶片(12)通过压电效应转换的接收电信号传输到后端仪器中进行采集。
6.根据权利要求5所述的干耦合超声穿透法检测装置，其特征在于，
发射端干耦合探头(3)的压电晶片(12)，用于通过压电效应进行电信号到振动信号的转换，以实现将后端仪器发出的激励电脉冲转化为振动超声波；接收端干耦合探头(3)的压电晶片(12)，用于通过压电效应进行振动信号到电信号的转换，以实现将接收到的振动超声波转化为电信号。
7.根据权利要求6所述的干耦合超声穿透法检测装置，其特征在于，所述振动片(13)用于传递振动；
发射端干耦合探头(3)的振动片(13)，具体用于将压电晶片(12)受电脉冲激励产生的振动传递到软橡胶延迟块(14)中实现超声波的发射；接收端干耦合探头(3)的的振动片(13)，具体用于将软橡胶延迟块(14)接收到的来自被测材料中返回的超声波传递给压电晶片(12)进行电信号转换，实现声波的接收。
8.根据权利要求4～7中任一项所述的干耦合超声穿透法检测装置，其特征在于，
所述内壳体(8)的小端连接杆的中部外表面加工有滚花，用于在干耦合探头(3)接线时拧紧施力；
所述外壳体(10)圆柱结构的外表面加工有滚花。
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