CN115389069A - 一种平面应力检测装置及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种平面应力检测装置及检测方法，装置包括：基座，其具有贯穿其中的圆形安装部，安装部周围设置有角度刻度盘；角度调节装置，其安装在安装部中并能够相对于基座旋转，角度调节装置包括：本体，本体具有朝向待测对象表面的第一侧、背对待测对象的第二侧、连接第一侧和第二侧的与安装部的圆形内壁形状配合的相对的弧形面以及与弧形面相邻的侧面；第二侧上设置有相对于安装部圆心对称的超声波发射探头安装凹部和超声波接收探头安装凹部；本体内部设置有相对于安装部圆心对称的第一换能器型腔和第二换能器型腔；超声波发射换能器和超声波接收换能器，以及固定装置。
Description
技术领域
本发明涉及平面材料的应力检测领域，具体涉及一种平面应力检测装置及检测方法。
背景技术
应力广泛存在于各种机械零部件中。在应力状态下，机械零部件的疲劳强度、结构稳度均会有不同程度衰减，因此，应力对机械零部件的服役性能的安全性和可靠度具有较大的影响。因此，应力能够一定程度地代表机械零部件的服役性能的安全性和可靠度。
目前，现有技术中，基于超声波声弹性效应、临界折射纵波波速对材料内部应力的敏感度来检测被测对象内部应力。现有技术中的检测方法的测量设备体型庞大，无法在工况现场(例如桥梁现场)进行应力测试；或者仅能测量有限方向的声弹性系数，无法检测其他任意方向的应力；此外，现有技术中的激励器激发出的超声波需要经过两次界面反射与折射，导致声波衰减较大，进而导致测量误差较大。
因此，需要一种能够检测平面上不同方向的应力的检测装置及检测方法。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种平面应力检测装置及检测方法，其能够检测不同方向的平面应力，适用于工况现场的应力测试且测量误差小。
本申请实施例的第一方面，提供了一种平面应力检测装置，包括：基座，其具有贯穿其中的圆形安装部，所述安装部周围设置有角度刻度盘；角度调节装置，其安装在所述安装部中并能够相对于所述基座旋转，所述角度调节装置包括：本体，所述本体具有朝向待测对象的第一侧、背对所述待测对象的第二侧、连接所述第一侧和所述第二侧的与所述安装部的圆形内壁形状配合的相对的弧形面以及与所述弧形面相邻的侧面；其中，所述本体设置有与所述刻度盘配合的刻度线；所述第二侧上设置有相对于所述安装部圆心对称的超声波发射探头安装凹部和超声波接收探头安装凹部；所述本体内部设置有相对于所述安装部圆心对称的第一换能器型腔和第二换能器型腔；所述侧面设置有所述本体侧部的第一角度调节装置和第二角度调节装置；超声波发射换能器和超声波接收换能器，其分别设置于所述第一换能器型腔和所述第二换能器型腔中；以及固定装置，其设置于所述基座上，用于将所述基座固定在待测对象的平面。
通过将基座经由固定装置，即可将测量装置固定于平面材料上，进而适用于各种工况现场，从而应用范围广泛；通过旋转本体，能够测量平面材料的任意方向上的应力。
在一种可能的实现方式中，所述基座设置有贯穿其中的螺纹孔和与所述螺纹孔连通的吸盘容纳部，所述吸盘容纳部朝向所述待测对象的表面，所述螺纹孔远离所述待测对象的表面，所述固定装置包括：旋转拧头，其一端设置有吸盘，其另一端设置有拧合件，所述吸盘和所述拧合件之间设置有与所述螺纹孔配合的螺纹，在所述固定装置与所述基座连接时，所述吸盘位于所述吸盘容纳部中，所述拧合件位于所述第二侧。
通过上述设置，能够将检测装置以特别简单的方式固定在待测对象的表面上，通过拧紧拧合件和松开拧合件即可实现检测装置和待测对象的固定和位置改变，进而便于任意方向的应力测量，大大提高了超声检测的适用性。
在一种可能的实现方式中，所述超声波发射换能器能够激发不同频率的超声波，其激发的频率范围为1-10MHz。
对于不同的超声波频率，待测对象的声时反馈不同，应力检测的深度随着频率的增高而降低，进而能够检测待测材料不同深度处的应力场，从而确定待测对象的待料的内部应力梯度，从而实现材料内部应力场的三维检测；通过改变超声波发射换能器所激发的超声波频率，在一次测量中即可获得不同种频率下材料不同深度处的应力，无需更换、再固定检测装置的步骤，进而提高应力检测效率。
在一种可能的实现方式中，所述第一侧上设置有分别与所述第一换能器型腔和所述第二换能器型腔对应的第一凸起和第二凸起，所述第一凸起和所述第二凸起与所述待测对象表面接触。
通过在第一侧上设置相对于第一侧凸起的结构，能够隔绝本体的其他表面和待测对象的表面的接触，从而减少了超声杂波的产生，并增大超声波信号的清晰度，提高检测精度。
在一种可能的实现方式中，所述第一凸起和所述第二凸起的表面粗糙度小于或等于Ra1.6。
通过上述设置，能够有效减少超声波在临界处的散射与反射，提高超声波的信号的信噪比，提高检测精度。
在一种可能的实现方式中，所述第一换能器型腔和第二换能器型腔内设置有耦合液，所述耦合液包括甘油。
通过上述设置，能够降低换能器产生的超声波衰减及散射，有效降低声程大导致的声时误差，从而大幅提高超声波应力检测的精度。
在一种可能的实现方式中，所述第一侧设置有耦合剂，所述耦合剂包括：甘油和/或水。
耦合剂可以将检测装置的第一侧的凸台与待测对象紧密贴合，大大降低超声波的衰减。
在一种可能的实现方式中，所述装置还包括：便携式工控机、超声波应力检测激发探头、超声波应力检测接收探头以及超声信号数据采集模块，其中，所述超声波应力检测激发探头的一端螺纹连接至所述超声波激发探头安装凹部，其另一端连接至所述便携式工控机；所述超声波应力检测接收探头的一端螺纹连接至所述超声波接收探头安装凹部，其另一端通过所述超声信号数据采集模块连接至所述便携式工控机，所述超声信号数据采集模块用于进行滤波和信号放大，并将预处理的信号发送至所述便携式工控机。
通过便携式工控机与基座、角度调节装置、超声波发射/接收换能器、固定装置的配合，相比于传统的机械臂(其只能适用于实验室场景)，其能够适用于各种工况现场(例如桥梁现场)的应力测量。
在一种可能的实现方式中，所述便携式工控机包括：超声激励模块、回波接收模块和数据处理模块，其中所述超声激励模块用于激发1-10MHz的中心频率信号；所述回波接收模块用于获取高分辨率的信号，并将获取的信号发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块用于对获取的信号进行处理，根据获取的信号执行：声时信号插值计算、峰值法计算算法和声时信号互相关算法以及信号平均算法。
通过线性插值计算，能够达到数据点的密化，为声时差信号的高分辨力运算提供数据基础。数据处理模块能够自动识别差值运算后的改进LCR波第一个波谷位置，减少待测对象厚度不均对超声信号和应力计算产生的影响。峰值法计算算法和声时信号互相关算法，当互相关函数达到最大值时，其两信号相关性最高。信号平均算法能够实现消除电噪声的影响。
本申请实施例的第二方面，提供了一种利用本申请实施例第一方面提供的平面应力检测装置进行平面应力检测的方法，所述方法包括：将平面应力检测装置固定于待测对象对应的零应力标定材料，将角度调节装置的本体旋转至第一角度，确定所述待测对象对应的零应力标定材料在第一角度下的临界折射纵波波速v0和声时t0；将平面应力检测装置固定于待测对象，根据以下公式确定待测对象在第一角度下的声时t1、声时差Δt和应力σ；Δt＝t1-t0；σ＝KΔt；其中，t0为零应力标定材料在所述第一角度下的临界折射纵波声时，t1为被测材料在所述第一角度下的临界折射纵波的声时，Δt为声时差，K为被测材料的声弹性系数；将角度调节装置的本体旋转至探测角度，将平面应力检测装置固定于待测对象对应的零应力标定材料，确定所述待测对象对应的零应力标定材料在所述探测角度下的临界折射纵波波速vθ和声时tθ；将平面应力检测装置固定于待测对象，根据以下公式确定待测对象在探测角度下的声时tθ及声时差Δt和应力σθ；
其中，Kθ为被测材料在探测角度θ的声弹性系数，tθ为待测材料在探测角度θ下的声时，
为零应力标定材料在探测角度θ下的声时。
通过旋转角度调节装置的本体，即可检测平面上不同方向下的待测对象的应力，通过旋转第一角度调节装置和第二角度调节，能够改变超声波的发射角度，操作简便，在一次检测中即可实现各种不同深度、各种不同角度的应力测量，检测效率提高；通过固定装置的拧合件的拧合和松开，即可实现检测装置的固定，操作简便，且本申请的平面应力检测装置的结构简单小巧，其能够通过上述方式固定于待测对象的各种位置，相比于机械臂，其适用场景更多；本体的凸起结构还能降低杂波的产生，检测精度高，配合上述方法的算法，能够以简单的方式以及较高的精度检测出不同深度、不同方向下的待测对象的平面应力。
附图说明
下面参照附图来进一步说明本申请的各个技术特征和它们之间的关系。附图为示例性的，一些技术特征并不以实际比例示出，并且一些附图中可能省略了本申请所属技术领域中惯用的且对于理解和实现本申请并非必不可少的技术特征，或是额外示出了对于理解和实现本申请并非必不可少的技术特征，也就是说，附图所示的各个技术特征的组合并不用于限制本申请。另外，在本申请全文中，相同的附图标记所指代的内容也是相同的。具体的附图说明如下：
图1a是本申请实施例提供的固定在待测对象上的平面应力检测装置的结构示意图；
图1b是本申请实施例提供的固定在待测对象上的平面应力检测装置的另一角度的结构示意图；
图2是图1a的剖视图；
图3是本申请实施例提供的平面应力检测装置的固定装置局部放大图；
图4是本申请实施例提供的平面应力检测装置的角度调节装置的局部放大图；
图5是本申请实施例提供的平面应力检测装置的角度调节装置的结构示意图；
图6是本申请实施例提供的角度调节装置的另一局部放大图；
图7是本申请实施例提供的角度调节装置的另一局部放大图；
图8为申请提供的平面应力检测装置的系统结构示意图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1a-图1b示出了本申请实施例提供的固定在待测对象上的平面应力检测装置的结构。如图1a-图1b所示，本申请实施例提供的平面应力检测装置包括：角度调节装置101、固定装置102、基座103以及超声波发射换能器504(由于超声波发射换能器504位于角度调节装置内部，因此用虚线示出，参见虚线标注的位置)和超声波接收换能器(图中未绘制出)。基座103通过固定装置102固定在待测对象104的表面上，基座103具有贯穿其中的圆形安装部123，所述安装部123周围设置有角度刻度盘113；角度调节装置101安装在所述安装部123中并能够相对于所述基座103旋转。超声波发射换能器504和超声波接收换能器(图中未绘制出)设置于角度调节装置内部。
如图2-5所示，所述角度调节装置101包括：本体10，所述本体10具有朝向待测对象104表面的第一侧11、背对所述待测对象104的第二侧12、连接所述第一侧11和所述第二侧12的与所述安装部的圆形内壁形状配合的相对的弧形面13、14以及与所述弧形面相邻的侧面15、16。本体的第二侧12具有相对于待测对象104的待测平面平行的中央平面120，分别设置于中央平面120两侧且朝向待测对象的待测平面倾斜的倾斜面121、122。倾斜面121、122可以相对于中央平面对称设置。侧面15、16可以垂直于待测对象的待测平面。
如图1a、图1b和图4所示，本体10的第二侧12的倾斜面122上可以设置有与所述刻度盘113配合的刻度线302。第二侧12的倾斜面上分别设置有相对于所述安装部圆心对称的超声波发射探头安装凹部403和超声波接收探头安装凹部404。超声波发射探头安装凹部403用于安装超声波发射探头。超声波接收探头安装凹部404用于安装超声波接收探头。在一些实施例中，超声波发射探头安装凹部403和超声波接收探头安装凹部404内可以设置有螺纹，便于安装超声波发射探头和超声波接收探头。
如图2所示，本体10内部设置有相对于所述安装部的圆心对称的第一换能器型腔51和第二换能器型腔52。超声波发射换能器504设置于所述第一换能器型腔51中，超声波接收换能器设置于所述第二换能器型腔52中。所述第一换能器型腔51和第二换能器型腔52内可以设置有耦合液，所述耦合液例如包括甘油。超声波发射换能器504和超声波接收换能器可以为压电换能器，其晶片尺寸例如可以为6mm，其激发的频率的范围可以在1-10MHz的范围内。在第一换能器型腔51和第二换能器型腔52内充满耦合液能够大大降低因耦合液分布不均和变性而导致的超声信号衰减和畸变，有效降低因声程大而导致的声时误差，从而大幅提高超声波应力检测的精度。
如图7所示，第一换能器型腔51和超声波发射探头安装凹部403之间可以通过第一连接孔506连通。与之相同地，第二换能器型腔52和超声波接收探头安装凹部404可以通过第二连接孔(图中未绘制出)连通。超声波发射探头安装凹部403和超声波接收探头安装凹部404的底部分别设置有与第一连接孔506和第二连接孔连通的连接头501。第一连接孔506和第二连接孔内设置导线502，导线502的一端与连接头501连接，导线502的另一端与第一换能器型腔51和第二换能器型腔52内的超声波发射换能器504和超声波接收换能器分别连接。第一连接孔506和第二连接孔的孔口设置有密封圈和/或第一连接孔506和第二连接孔的孔壁设置有密封胶，将导线502密封在其中，防止第一换能器型腔51和第二换能器型腔52内的耦合液漏出，进而将第一换能器型腔51和第二换能器型腔52内的超声波发射换能器504和超声波接收换能器分别与安装在超声波发射探头安装凹部403和超声波接收探头安装凹部404的超声波发射探头和超声波接收探头连接。
如图4-5所示，本体10的侧面15、16设置有第一角度调节装置41和第二角度调节装置42。具体地，第一角度调节装置41和第二角度调节装置42可以包括设置在本体10侧面15、16相对于侧面15、16侧向突出的调节旋钮401、将调节旋钮401和相应的超声波发射换能器504和超声波接收换能器分别刚性连接的连接杆(图中未绘制出)以及设置在本体10侧面的刻度盘402。本体10上设置有连接第一换能器型腔51与侧面的第三连接孔以及连接第二换能器型腔52与侧面的第四连接孔。连接杆分别设置于第三连接孔(图中未绘制出)和第四连接孔(图中未绘制出)内，进而将超声波发射换能器和超声波接收换能器分别于侧面上的调节旋钮401连接。当旋转调节旋钮401时，连杆随调节旋钮旋转，进而带动超声波发射换能器或超声波接收换能器旋转，以改变超声波的入射角度。第三连接孔和第四连接孔的孔口对于设置有相应的密封圈，从而防止第一换能器型腔51和第二换能器型腔52内的耦合液漏出。
如图1a-3所示，所述基座103设置有贯穿其中的螺纹孔和与所述螺纹孔133连通的吸盘容纳部143，所述吸盘容纳部143朝向所述待测对象104的表面，所述螺纹孔133远离所述待测对象104的表面，所述固定装置102包括：旋转拧头132，其一端设置有吸盘201，其另一端设置有拧合件112，所述吸盘201和所述拧合件112之间设置有与所述螺纹孔133配合的螺纹142，在所述固定装置与所述基座103连接时，所述螺纹142与螺纹孔133配合，所述吸盘201位于所述吸盘容纳部143中。拧合件112可以为对称设置在旋转拧头132上的扇形翼片，便于拧紧和卸载。在将平面应力检测装置固定在待测对象104的表明上时，将吸盘201嵌入放置于螺纹孔133内，拧合件112从螺纹孔133拧入并嵌入在吸盘201顶部圆孔内，拧紧拧合件112排出吸盘201内部空气，在大气压作用下，基座103被吸盘201和拧合件112经过螺纹传力压紧在待测对象104的表面上。
如图6所示，第一侧11上设置有分别与所述第一换能器型腔51和所述第二换能器型腔对应的第一凸起1101和第二凸起1102，所述第一凸起1101和所述第二凸起1102与所述待测对象104的表面接触。第一凸起1101和第二凸起1102位于第一换能器型腔51和所述第二换能器型腔下方(即朝向待测对象表面的方向)，第一凸起1101和第二凸起1102在横行方向(即待测对象表面的延伸方向)延伸的面积覆盖超声波发射换能器和超声波接收换能器发出和接收的超声波的传播区域。在图6和图7所示的示例中，第一和第二凸起1101、1102为扁平的圆柱形，第一和第二凸起1101、1102的表面(即朝向待测对象的表面)粗糙度可以为Ra1.6，优选地小于Ra1.6。高精度的凸起可以减少超声波在临界处的散射与反射，提高超声信号的信噪比。在第一侧11，例如第一和第二凸起1101、1102的表面上，还可以设置有耦合剂，所述耦合剂例如包括：甘油和/或水。耦合剂能够填充第一侧与待测对象表面之间的间隙，降低空气间隙造成的声阻抗，大大降低了超声波的衰减。
如图8所示，所述装置还可以包括：便携式工控机601、超声波应力检测激发探头602、超声波应力检测接收探头603以及超声信号数据采集模块604。其中，所述超声波应力检测激发探头602的一端螺纹连接至所述超声波激发探头安装凹部，其另一端连接至所述便携式工控机；超声波应力检测接收探头603的一端螺纹连接至所述超声波接收探头安装凹部，其另一端通过超声信号数据采集模块604连接至所述便携式工控机601。便携式工控机601能够产生不同频率的信号，进而控制相应的超声波发射换能器发出不同频率的超声波；所述超声信号数据采集模块604用于进行滤波和信号放大，并将预处理的信号发送至便携式工控机601。
便携式工控机601可以为具有数据存储功能、回波显示功能以及数据处理功能的控制计算机。便携式工控机601的软件系统对硬件板卡接收到的信号进行处理、显示、数据处理以及保存。在本申请的实施例中，使用型号为ZXUS-NET的硬件板卡，在此板卡编程环境中编写切向应力检测软件，进而实现检测参数的设置、信号数据处理以及显示的功能。
在一些实施例中，便携式工控机601可以包括：超声激励模块、回波接收模块和数据处理模块，还具备温度设定功能的自主软件系统。其中，所述超声激励模块用于激发1-10MHz的中心频率信号；所述回波接收模块用于获取高分辨率的信号，并将信号发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块用于根据获取的信号进行声时信号插值计算、峰值法计算算法和声时信号互相关算法以及信号平均算法。
通过线性插值计算，能够达到数据点的密化，为声时差信号的高分辨力运算提供数据基础。数据处理模块能够自动识别差值运算后的改进LCR波第一个波谷位置，减少待测对象厚度不均对超声信号和应力计算产生的影响。峰值法计算算法和声时信号互相关算法，当互相关函数达到最大值时，其两信号相关性最高。信号平均算法能够实现消除电噪声的影响。
此外，便携式工控机601还可以包括环境温度设定模块，其能够排除外界环境温度变化对声速的干扰。
本申请实施例提供的应力检测装置能够实现工况原位下的多频率高时间分辨率的滤噪声时处理识别和应力计算，可以大大提高超声系统的应力检测精度，降低环境温度和系统性误差的影响，减少应力测量误差。
在本申请的实施例中，超声激励模块和回波接收模块均采用脉冲收发卡(例如，选用ZXUS-80SM型超声脉冲收发卡)，用以对超声脉冲以及对接收信号进行A/D转换。根据奈奎斯特采样定理，对信号的采样频率应为超声信号最高频率的2倍，其接收带宽为0.5MHz-30MHz，采样频率达到100MS/s，采样间隔为10ns。
超声信号数据采集模块604具有高低通滤波器和前置放大器，在本申请的实施例中，其采用高通1MHz，低通7MHz的带通滤波器，前置放大器可提供-20-80dB的增益范围。
本申请实施例的第二方面，提供了一种平面应力检测的方法，其使用本申请实施例第一方面提供的平面应力检测装置。
平面应力检测的方法包括以下步骤：
步骤S1:将平面应力检测装置固定于待测对象表面。
具体地，将吸盘201嵌入放置于螺纹孔133内，拧合件112从螺纹孔133拧入并嵌入在吸盘201顶部圆孔内，拧紧拧合件112排出吸盘201内部空气，在大气压作用下，基座103被吸盘201和拧合件112经过螺纹142传力压紧在待测对象104的表面上。
步骤S2:根据待测对象的材质和厚度确定超声波频率。
其中，超声波发射换能器可以激发频率范围为0.1-25MHz的超声波。在实际的应力检测应用中，可以根据所使用的超声波发射换能器504能够激发的超声频率阈值以及待测深度来确定超声波的频率。其中，超声波长应大于待测深度，在一些实施例中，可以通过以下公式确定超声波频率：
其中，λ为超声波长(其根据待测深度确定，超声波长大于待测深度)，c为待测对象临界折射纵波波速(其可以根据待测材料的材质确定)，f为超声波频率。
步骤S3:确定超声波入射到待测对象的第一临界折射角α。
在步骤S3中，可以根据以下公式确定待测对象的第一临界射射角α。
其中，α表示超声波由楔块入射到待测零件时的第一临界折射角，v1表示超声波在本体中的传播速度，v2表示超声波在待测对象中的传播速度。
通过上述方法，可以将计算得到的理论临界折射角用于粗调中心值，在折射角值一定范围内调节旋钮401，观察工控机屏幕显示的接收波形的幅值，得到接收波形幅值最大的角度，作为实际工况下的超声波应力检测的临界折射角。
步骤S4：将平面应力检测装置固定于待测对象对应的零应力标定材料，将角度调节装置的本体旋转至第一角度，确定所述待测对象对应的零应力标定材料在第一角度下的临界折射纵波波速v0和声时t0。
步骤S5：将平面应力检测装置固定于待测对象，根据以下公式确定待测对象在第一角度下的声时t1及声时差Δt。
Δt＝t1-t0
σ＝KΔt
其中，t0为零应力标定材料在第一角度下的临界折射纵波的声时(其根据步骤S4确定)，t1为被测材料在第一角度下的临界折射纵波的声时，Δt为声时差，K为被测材料的声弹性系数，其根据实验标定获得。
步骤S6：将角度调节装置的本体旋转至探测角度，将平面应力检测装置固定于待测对象对应的零应力标定材料，确定所述待测对象对应的零应力标定材料在探测角度下的临界折射纵波波速vθ和声时tθ。
步骤S7：将平面应力检测装置固定于待测对象，根据以下公式确定待测对象在探测角度下的声时tθ及声时差Δt。
步骤S8：根据以下公式确定待测对象在探测角度θ下平面应力σθ。
其中，Kθ为探测角度θ的材料超声波应力系数，tθ为待测对象探测角度θ下的声时，
为零应力标定材料在探测角度θ下的声时。
除非另有定义，本申请全文所使用的所有技术和科学术语与本申请所属技术领域的技术人员通常理解的含义相同。如有不一致，以本申请全文中所说明的含义或者根据本申请全文中记载的内容得出的含义为准。另外，本说明中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。
方法和装置是基于同一构思的，由于方法及装置解决问题的原理相似，因此装置与方法的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。
在本申请全文中使用的词语“第一、第二、第三等”或模块A、模块B、模块C等类似用语，仅用于区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解的是，在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。
在本申请全文中，所涉及的表示步骤的标号，如S1、S2……等，并不表示一定会按此步骤执行，在允许的情况下可以互换前后步骤的顺序，或同时执行。
在本申请的全文中使用的术语“包括”不应解释为限制于其后列出的内容；它不排除其它的结构要素或步骤。因此，其应当诠释为指定所提到的所述技术特征、整体、步骤或部件的存在，但并不排除存在或添加一个或更多其它技术特征、整体、步骤或部件及其组群。
可以理解，本领域技术人员可以将本申请全文中提到的一个或多个实施例中提到的特征，以任何适当的方式与其他实施例中的特征进行组合来实施本申请。
注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请的技术构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，均属于本申请的保护范畴。
Claims (10)
1.一种平面应力检测装置，其特征在于，包括：
基座，其具有贯穿其中的圆形安装部，所述安装部周围设置有角度刻度盘；
角度调节装置，其安装在所述安装部中并能够相对于所述基座旋转，所述角度调节装置包括：本体，所述本体具有朝向待测对象的第一侧、背对所述待测对象的第二侧、连接所述第一侧和所述第二侧的与所述安装部的圆形内壁形状配合的相对的弧形面以及与所述弧形面相邻的侧面；其中，所述本体设置有与所述刻度盘配合的刻度线；所述第二侧上设置有相对于所述安装部圆心对称的超声波发射探头安装凹部和超声波接收探头安装凹部；所述本体内部设置有相对于所述安装部圆心对称的第一换能器型腔和第二换能器型腔；所述侧面设置有所述本体侧部的第一角度调节装置和第二角度调节装置；
超声波发射换能器和超声波接收换能器，其分别设置于所述第一换能器型腔和所述第二换能器型腔中；以及
固定装置，其设置于所述基座上，用于将所述基座固定在待测对象的平面。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基座设置有贯穿其中的螺纹孔和与所述螺纹孔连通的吸盘容纳部，所述吸盘容纳部朝向所述待测对象的表面，所述螺纹孔远离所述待测对象的表面，
所述固定装置包括：旋转拧头，其一端设置有吸盘，其另一端设置有拧合件，所述吸盘和所述拧合件之间设置有与所述螺纹孔配合的螺纹，在所述固定装置与所述基座连接时，所述吸盘位于所述吸盘容纳部中，所述拧合件位于所述第二侧。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声波发射换能器能够激发不同频率的超声波，其激发的频率范围为1-10MHz。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一侧上设置有分别与所述第一换能器型腔和所述第二换能器型腔对应的第一凸起和第二凸起，所述第一凸起和所述第二凸起与所述待测对象表面接触。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一凸起和所述第二凸起的表面粗糙度小于或等于Ra1.6。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一换能器型腔和第二换能器型腔内设置有耦合液，所述耦合液包括甘油。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一侧设置有耦合剂，所述耦合剂包括：甘油和/或水。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：便携式工控机、超声波应力检测激发探头、超声波应力检测接收探头以及超声信号数据采集模块，
其中，所述超声波应力检测激发探头的一端螺纹连接至所述超声波激发探头安装凹部，其另一端连接至所述便携式工控机；
所述超声波应力检测接收探头的一端螺纹连接至所述超声波接收探头安装凹部，其另一端通过所述超声信号数据采集模块连接至所述便携式工控机，所述超声信号数据采集模块用于进行滤波和信号放大，并将预处理的信号发送至所述便携式工控机。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述便携式工控机包括：超声激励模块、回波接收模块和数据处理模块，其中
所述超声激励模块用于激发1-10MHz的中心频率信号；
所述回波接收模块用于获取高分辨率的信号，并将获取的信号发送至所述数据处理模块；
所述数据处理模块用于对获取的信号进行处理，根据获取的信号执行：声时信号插值计算、峰值法计算算法和声时信号互相关算法以及信号平均算法。
10.一种利用如前述权利要求所述的平面应力检测装置进行平面应力检测的方法，其特征在于，包括：
将平面应力检测装置固定于待测对象对应的零应力标定材料，将角度调节装置的本体旋转至第一角度，确定所述待测对象对应的零应力标定材料在第一角度下的临界折射纵波波速v0和声时t0；
将平面应力检测装置固定于待测对象，根据以下公式确定待测对象在第一角度下的声时t1、声时差Δt和应力σ；
Δt＝t1-t0
σ＝KΔt
其中，t0为零应力标定材料在所述第一角度下的临界折射纵波声时，t1为被测材料在所述第一角度下的临界折射纵波的声时，Δt为声时差，K为被测材料的声弹性系数；
将角度调节装置的本体旋转至探测角度，将平面应力检测装置固定于待测对象对应的零应力标定材料，确定所述待测对象对应的零应力标定材料在所述探测角度下的临界折射纵波波速vθ和声时tθ；
将平面应力检测装置固定于待测对象，根据以下公式确定待测对象在探测角度下的声时tθ及声时差Δt和应力σθ；
其中，Kθ为被测材料在探测角度θ的声弹性系数，tθ为待测材料在探测角度θ下的声时，
为零应力标定材料在探测角度θ下的声时。
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