CN1199464A - 用于细长构件超声波无损检测的装置 - Google Patents

Abstract

换能器(5)支架含有一个活性表面,在这个活性表面上至少有一个方向并列排列多个压电元件(6)。一个具有反射超声波的反射表面(7’)的反射镜(7)对着换能器(5)的活性表面。反射表面(7’)这样取向,它把源于每个压电元件(6)的超声波束反射到细长构件(2)表面的连续区域,并把细长构件(2)反射的超声波送回到压电元件(6)。换能器(5)与反射镜(7)这样连接,使可以在轴向调节换能器和反射镜之间的距离。本发明特别适用于从外侧或内侧检测管子,更适用于检测核反应堆的、蒸汽发生器管或燃油组件的套管。

Description

用于细长构件超声波无损检测的装置

本发明涉及用于横截面基本不变的细长构件无损检测的、含有多元超声波换能器和反射镜的一种装置。

法国专利FR-A-2670898公开了一种用于横截面基本不变的细长构件(如热交换管、型材或轨条)的超声无损检测的装置。

这样一种检测装置含有一个超声波换能器，换能器有一个其表面形状与被检测细长构件表面形状相应的活性表面，当换能器沿被检测构件纵向移动时，这个活性表面对着细长构件的表面。多个电元件按相邻位置固定在换能器的活性表面上，电激励装置与压电元件相连，并以产生发射和接收的相干超声波束的方式和以在被检测细长构件表面产生周向扫描的方式驱动。换能器的一组并列压电元件按相对的幅度和相对的相位被激励，在被检测构件的方向产生一个相干超声波束。这个超声波束经由被检测构件折回到这些压电元件上。到达所接收的压电元件组的这种超声波信号由这个组的每一个压电元件转换为一个独立的电信号。每一个这样的信号都有一个相对放大和相对相位移动。然后由收集和分析装置对所得信号进行相加和分析，可以检测出并确定这个细长构件上的缺陷及位置。相同组的压电元件，相邻的互相搭接或不搭接的不同组的压电元件，或者不同并分开的压电元件，都可实现一方面进行发射，而另一方面进行接收。为使这种装置有高度的灵敏度，换能器的活性表面是向被检测构件弯曲的一种凹面，压电元件沿换能器活性表面轴向的曲母线排列。因此，源于压电元件的超声波束聚焦在被检测构件的轴向。

依靠这种装置，可以高灵敏度地进行检测，可以检测出细长构件，如管、型材、整个表面上的小缺陷。而且，简单地沿被检测构件的纵向移动这种换能器就可进行检测，而不必绕细长构件纵轴转动换能器。依次给换能器各组并列的压电元件通电，可完全由电控制实现对构件的周向扫描。也可完全由电子装置实现在一个给定的深度对细长构件进行扫描。然而，必须沿换能器活性表面的曲母线安排压电元件，以便在被检测构件的纵向聚焦。

因此，这类装置的优点是不含转动件，不含用于转动换能器的电动机。然而，在这种现有的装置中，携带压电元件的换能器的活性表面必须与被检测构件的横截面形状相匹配。因此，必须设计和装备适用于每一种被检测产品或物品的多元换能器。

生产适用于检测大量不同形状构件的装置，将导致高的设计，开发和制造成本。

也已知含有一种换能器和一种反射镜的超声波检测装置，这种反射镜用于使来自换能器的超声波束指向被检测表面。

在检测细长构件表面时，可由转动换能器或只转动反射镜实现这种构件表面的周向扫描。在这两种情况中，都必须有使这个装置的一个零件转动的机械机构。因此，与使用电子扫描相关的实施精确性和速率优越性不再存在。

而且，兼有一个超声波换能器和一个反射镜的现有无损检测装置设计不适用于检测不同尺寸的构件，例如，不适用于有不同直径和不同厚度的管子。

因此，本发明的目的是提供一种用于横截面基本不变的细长构件超声波无损检测的、含有一个多元超声波换能器和一个反射这种超声波的反射镜的一种装置；这个换能器包含一个支架，支架上有至少一个活性表面，且该活性面延伸对着至少细长构件的一部分，多个压电元件至少沿该活性面的一个方向并列地排列在该活性面上，还包含换能器的电激励装置用于发射超声波，这个装置与压电元件相连，并按产生相干波束和至少在细长构件表面的一个方向产生电子扫描的方式驱动，以及用于收集和分析换能器电压的装置；反射镜有一个其方位对着换能器用于反射超声波的反射表面，用于把源于每个压电元件的超声波发送到细长构件表面的连续区域，并把细长构件表面反射的超声波送回到压电元件；这种检测装置可以简单地而又无大的花费地用于具有不同横截面和尺寸的、轴对称或非轴对称的细长构件的检测。

为此，换能器支架与反射镜应按可以调节二者之间沿共轴方向的距离的方式相连。

为了更好地理解本发明，现在参照用于从外部和从内部检测管子的，以及用于检测不同形状横截面构件的本发明装置的几个实施例的附图，这些实施例只是非限定性实例。

图1是用于从外侧检测管子的本发明的一个装置的轴向剖面简图。

图2是用于从内侧检测管子的本发明的一个装置的轴向剖面简图。

图3A、3B、3C、3D和3E是用于从外侧检测管子的并包含有直面活性表面的本发明装置五种替换形式的剖面图。

图3F是使用具有不同入射角的两个波束可从外侧检测一个管子的本发明装置第六种替换形式的轴向剖面图。

图4A、4B、4C、4D、4E、4F是用于从外侧检测管子并包括具有直或曲母线的轴对称活性表面的换能器的本发明装置六种形式的剖面图。

图5A和5B是本发明的一种换能器两种形式的横截面图，如沿图3A的5-5线的视图。

图6A、6B、6C、6D、6E是用于从内侧检测管子的并包括具有直面活性表面的换能器的本发明装置五种形式的轴向剖面图。

图6F是使用两种不同入射角的波束可从内侧检测管子的本发明装置第六种形式的轴向剖面图。

图7A和7B是本发明一种换能器两种形式的横截面，如沿图6A的7-7线的视图。

图8A、8B、8C、8D、8E、8F是用于从内侧检测管子的并包含具有直或曲母线的轴对称活性表面的换能器的本发明装置的剖面图。

图9是可用于检测轨条的本发明装置的换能器沿图10的线9-9剖切的一个剖面图。

图10是检测轨条的这种装置沿图9的方向10剖切的换能器与反射镜的剖面图。

图11是可用于检测曲板的本发明一个装置的透视图。

图1是一个总的标号为1的用于从外侧检测管子2的探头，例如，检测外径约为20mm的蒸汽发生器管，或外径约为10mm的燃料棒外壳。

检测探头1包含一个可以是管形的本体3，本体3内固定有两个环形导向件4a和4b，导向件的内径稍大于被检测管的外径，或制成可变形的以使其内径适应被检测管外径的小量变化而提供无间隙的导向。因此，可以用这种探头检测直径不完全恒定的管或略有不同直径的管。

处于探头1的管形本体3内的是一个其上固定有若干压电元件6的环形换能器托架5和一个能把源于压电元件6的超声波束反射到管2的外表面，以及从管2反射到压电元件6的反射镜7。

固定在探头本体3上的是一个通过一组电线9与换能器支架5的压电元件6相连的电子组件10，以便依次给压电元件供电并依次补偿来自压电元件6的测量电流。电子组件10与用于电子器件的使用和测量显示的装置(图中未示出)相连。

如箭头8或8’所示，通过电动机或手动方式，本发明的检测探头1可以沿管的轴向移动，或管2相对于探头1沿其轴向移动，这样，可以沿其整个长度进行检测。

图2示出用于从内侧检测一个管12的本发明装置的一个检测探头11。

探头11包含有一个可由其上啮合有两个导向盘14a和14b的刚性杆或柔性缆索构成的探头本体13，导向盘的外径略小于管12的内径。导向盘是可变形的，因此探头可以无任何间隙地定位，而允许管的内径的小量变化，或管与管之间内径的小量变化。

在导向盘14a和14b之间，探头本体13上还啮合有一个其上携带有若干压电元件16的换能器支架15，和一个其反射表面形状相对于本体13轴线呈轴对称的反射镜17，在检测操作时，这个轴线与管12轴线吻合。

换能器15的压电元件16通过一组电线19连接到一个电子组件20上，电子组件20固定到探头本体13上，或安排固定在管12的外侧。

电子组件20连接到或结合到控制站的处理器件上，控制站包括用于换能器15进行测量的记录和显示装置。

图3A示出本发明检测探头的换能器5和反射镜7，这个探头与图1所示检测探头相同，可从外侧检测管子2。

由图3A和5A、5B可见，换能器支架5是一个横截面基本为方形的环，它有一个面向反射镜7a的反射表面7’a的环形表面，压电元件6按并列位置关系固定在这个环形表面上。

压电元件6有两条侧边，这两条侧边之间构成一个约等于360°/n的角度，其中n是在支架5环形面周向并列安排的压电元件6的数量，小型压电元件6的侧边沿支架5的径向排列。

为在用电子装置对管子扫描时实现极高的分辨率，可以在支架5的这个环形表面按并列位置关系安排几十个甚至数百个压电元件，以便完全围住管2的外表面。

如图5B所示，也可以不仅在周向而且也在径向把压电元件6’按并列位置关系安排在换能器支架的活性表面上。这种安排可以在垂直于压电元件的(径向和周向)切割线的两个方向实现可变的聚焦和折射。特别是，可以经由电子控制装置改变超声波束在轴向和径向面的入射角。

压电元件6(或6’)连接到供电电线上和通过换能器支架5的测量信号收集导线上。

反射镜7a是环形形状，有一个截头圆锥形的反射表面7’a，反射表面7’a的轴线即为反射镜的轴线。

换能器5和反射镜7a固定在同一个主体上，并应相互保持牢靠，反射镜7a的轴线与环形换能器支架5的轴线吻合。

反射表面7’a转向对着携带压电元件6的换能器平面型环形表面。

也可以这样安装换能器5和反射镜7a：即可以调节换能器5和反射镜7a的反射表面7’a之间的轴向距离。

因此，可以调节超声波束在压电元件与管2的外表面之间的行进距离，这样，对于相同的设备，只要在换能器和反射镜之间进行简单的轴向移动，便可适用于不同的管径和/或不同的管厚。

在电激励压电元件6时，如图5A和5B箭头22所示，顺序向在换能器5的周向连续或非连续的各组压电元件6供电，每个连续的压电元件6发射超声波束，如21a，向着反射镜7a的反射表面7’a。

可以以绕管沿一个或几个螺旋管运行(例如二个、三个或四个螺旋管)的方式引起压电元件的激励以及管和检测装置之间的相对移动。

为了在已经发现了缺陷的区域进行更详细的分析，可以经改进扫描条件在这个管的一个区域造成几个连续通道。

每一个超声波束，如像21a，都由反射镜7a的反射表面7’a反射到被检测管2的外表面。

在反射离开这个反射表面7’a以后，超声波束由管2的壁反射回到压电元件上。

由压电元件供给的测量电压经过收集和分析，检测出管2的壁中可能存在的缺陷。

连续给换能器5的压电元件供电，可以在与反射镜7a垂直成一直线的区域，和沿着一个或几个螺旋管，对管2周向扫描。

在管的轴向移动探头，可以对管2的整个外表面扫描。

在探头和被检测管2的外表面之间保持有耦合剂，改变换能器5和反射镜7a之间的距离，可以改变超声波束21a在耦合剂中行进的距离。

因此，使用在整个活性表面都安排压电元件的一种换能器，可通过周向电子扫描检测一个管，同时这也明显简化换能器的制造。经使用其反射表面呈轴对称面形状的，例如锥形面，反射镜实现这种结果。

反射镜7a的反射表面7’a的母线在检测时与换能器轴线，即相当于管的轴线，构成一个角α_a。

角α_a这样选择：波束21a法向入射，就是说，波束径向入射到管2的外表面。角α_a一般等于45°。

改变反射表面母线与轴线之间的角度，也可以得到一种以不同于管2的径向的方向入射到管2的外表面的超声波束。

在图3B中，反射镜7b的反射面7’b的母线与该反射镜和探头的轴线构成一个角α_b，假定在测量过程中该探头按反射镜在探头前面的方向进行轴向移动，则这样的角α_b使超声波束在其法向的前面入射到管2的外表面上。

与此相反，在图3c中，反射镜7c的截头圆锥形反射面7’c的母线与换能器轴向构成一个角α_c，这样的角α_c使超声波束21c在管的径向的后面入射到管的外表面上。

因此，可以调节超声波束轴线在管壁上的入射角，以便对特殊类型的缺陷进行最佳的搜索。

在图3A、3B和3C的实施例中，由于所示的反射镜的反射表面形状，超声波束是不在管2的轴向聚焦的平行波束。

图3D所示探头的反射镜7d的反射表面7’d是一种环凹形曲面，其凹曲面向着管2的外表面。

因此，这种超声波束21d在反射镜的反射表面7d与管2外表面之间收敛，使这种波束在轴向聚焦。

在图3E中，反射镜7e的反射表面7’e是相对于探头轴线轴对称的，其表面是凸形的，对着管2的外表面。

因此，这种超声波束21e在反射表面7’e和管2外表面之间发散，这就对管2壁有放大焦点或波束散焦效应。

因此，本发明的这种装置可以极容易地调节超声波束在轴向的入射角，以及在轴向的聚焦或散焦。

图3F示出换能器的环形支架5，它的一个平面上固定若干压电元件6。

反射镜7f的反射表面7’f呈现两个相连的截头圆锥形形状(或可能呈喇叭口形)，它们的母线与探头轴向构成不同的角度。这样，从源于换能器5的入射波束21f得到两个反射波束21’f和21”f。波束21’f指向探头的后面，而波束21”f指向前面。因此，当探头在管2的轴向移动时，实现了由入射角不同的两股波束进行双重扫描，这样，可以同时搜索不同类型的缺陷。

图3A-3F所示的一组探头有相同的超声波换能器5，它的用于固定压电元件的活性表面是平面，超声波束能按照其相对于管的表面的入射角变化，经改变与换能器有关的反射镜，可简单地聚焦或散焦。通过换能器的平面型活性表面，并由具有可改变形状的轴对称表面，如锥形或喇叭形的反射镜反射超声波束，实现对管的圆柱形外表面进行扫描。从技术上讲，生产具有轴对称表面(例如锥形或喇叭形)的反射镜比生产用于固定压电元件的轴对称换能器活性表面简单。

然而，在某些情况下，精确检测细长构件中的缺陷要求使用具有母线为直线或喇叭形的截头圆锥形活性表面的换能器。这时，在本发明一种安排中，综合使用这种换能器和一个反射镜比没有反射镜的现有技术的安排优越，因为它可由换能器和反射镜两者调节入射角和/或超声波束的聚焦，因而增加了选择数量。

图4A、4B、4C、4D、4E和4F所示的本发明的装置具有截头圆锥形或喇叭形表面的换能器，用于从外侧检测管子或实心棒。

图4a所示装置包含一个换能器45a和一个环形反射镜47a，换能器45a的环形支架有一个用于安装压电元件46的截头圆锥形活性表面，反射镜47a的截头圆锥形反射表面对着换能器45a的活性表面。换能器活性表面和反射镜的反射表面的直母线相对于装置的横向平面以不同的方向倾斜，这个横向平面垂直于与被检测管或实心棒42的轴线40重合的换能器和环形反射镜的共用轴线。反射镜的反射表面的这种入射角可以使超声波束41a大致从法向照射到管和棒42的外表面上。

在图4b中，换能器45b也有一个截头圆锥形活性表面，反射镜47b有一个截头圆锥形反射表面。这两个截头圆锥形表面的母线相对于一个横向平面以同样的方向倾斜。反射镜的反射表面的这种入射角应使超声波束41b大致从法向照射到管和棒42的外表面上。

在图4c中，换能器45c类似于换能器45a，有一个截头圆锥形活性表面；反射镜47c有一个凹形反射表面。超声波束由反射镜47c反射并聚焦到管或棒42的表面上。

在图4D中，换能器45d有一个截头圆锥形活性表面，反射镜有一个凹形反射表面。换能器45d活性表面的直母线按与换能器45c活性表面母线按相反的方向倾斜。超声波束41d由反射镜47d反射和聚焦在管或棒42的表面上。

在图4E和4F中，换能器45e和45f都有用于固定压电元件46e和46f的环凹形曲面活性表面。反射镜47e和47f呈环形，都有截头圆锥形反射表面。换能器45e的环凹形曲表面对着管和棒42，并使反射的超声波束通过反射镜47e几乎以法向聚焦在管和棒42的表面上。换能器45f的环凹形曲表面转向离开管和棒42的表面，并通过反射镜47f使反射的超声波束41f几乎呈法向聚焦。因此，可以用适当形状的换能器或反射镜调节入射超声波束的聚焦和倾角。

此外，如前所述，通过调节换能器活性表面和反射镜反射表面之间的距离，可以调节超声波束在耦合剂内的行进距离。在检测其周围仅有很小空间可用的构件，以及检测不可能在被检测构件和换能器之间建立足够的耦合剂的高度，例如水的高度的构件时，这种调节距离的可能性是特别有利的。

例如，在检测核反应堆燃料棒或操纵杆组件时，杆之间的空间很小，不允许所用的超声波换能器直接进入。在这种情况，本发明的具有一个反射超声波束的反射镜的装置能够在足够的水的高度进行检测。

图6A和7A示出本发明装置的一种超声波检测探头，它包含一个环形支架超声波换能器15，在环形支架的平面型活性表面上按并列位置固定着呈小板状压电材料形式的压电元件。

用于从内侧超声检测一个管12或一个内孔的探头换能器15与从外侧检测一个管所用的换能器基本相同，换能器15的支架尺寸与被检测管尺寸相适应，特别是，环形换能器支架15的外径小于被检测管12的内径。

由图7B可见，压电元件16’不仅可沿换能器活性表面的周向，而且也可沿其径向并列固定。换能器上这种敏感元件的双向切割(R，θ)可以改变聚焦，并在垂直于压电元件切割线的两个方向折射超声波束。经过电子控制装置可以改变在发射或在接收时的入射角及调节超声波束在轴向面和径向面的聚焦。

超声波换能器15通过沿探头轴向安装的换能器与反射镜共用的一个支架连接到反射镜17a上。

反射镜17a有一个面向固定有压电元件16的换能器托架15的活性表面的截头圆锥形反射表面17’a。

反射镜17a的截头圆锥形反射表面17’a的顶角应是这样，使换能器电元件16在轴向发射的超声波束23a接管12的径向反射，也就是按管内壁的法向反射。

图6B示出一个包括反射镜17b的探头，反射镜的截头圆锥形反射表面的顶角是这样的，使照射到反射镜17b的反射表面17’b的超声波束23b在轴向指向探头的前方。

与之相反，图6C示出一种超声波探头的反射镜17c有一个截头圆锥形反射表面17’c，它的顶角使超声波束反射指向探头的后方。

图6D示出一个检测探头，它的反射镜17d有一个环凹形曲面的反射表面17’d，其凹面指向管12的内表面，这就使超声波束23c在轴向平面聚焦。

图6E示出其反射镜17e具有凸形轴对称反射表面17’e的一种检测探头，其凸形面这样对着管12的内表面：使超声波束23e在反射面与管12内表面之间发散，实现超声波束在轴向平面聚焦。

图6F示出一种包含换能器15和反射镜17f的超声波检测探头，换能器15具有一个固定压电元件16的平面型活性表面，反射镜17f的反射表面17’f为具有不同顶角的两个相连的截头圆锥形形式(或可能是环形体的两部分)。在这种情况下，入射到反射镜的反射表面的超声波束23f分裂为两个波束23’f和23”f，每一个都相对于管12的内表面有一个特定入射角。因此，可以实现用两种不同的超声波束同时扫描进行检测，例如，这就可以同时搜索两种不同类型的缺陷。

正如与用于从外侧检测管子和棒的换能器一样，在用于从内侧检测管子的装置中，换能器的活性表面可以是平面，或呈截头圆锥形，或喇叭形。

在图8A中，换能器55a有一个截头圆锥形活性表面，反射镜57a有一个截头圆锥形反射表面。压电元件56产生的超声波形成波束51a，大致在管52内表面的法线方向反射到内表面。换能器55a的活性表面和反射镜57a两者都是凸形。

在图8B所示的检测装置中，换能器55B的活性表面是凹入的截头圆锥形，而反射镜57b是凸形的截头圆锥形。

图8C的检测装置包括一个其活性表面是截头圆锥形的换能器，和一个有环凹形曲面反射表面的反射镜57c，反射表面反射超声波束51c并把它聚焦到管52的内表面上。

在图8D中，换能器55d有一个凹形截头圆锥形活性表面，反射镜57d有一个环凹形曲面反射表面，反射超声波束51d并把它聚焦到管52的内表面上。

在图8E中，换能器55e有一个在其上固定压电元件56e的环凹形曲面活性表面，反射镜有一个截头圆锥形反射表面。超声波束51e由换能器活性表面聚焦，由反射镜反射到管52的内表面上。

在图8F中，换能器55f也有一个环凹形曲面活性表面，反射镜也有一个截头圆锥形反射表面。换能器55f的环凹形曲面活性表面向着管52的轴50，反射镜57f的反射表面向着管52的内表面。

图9和10示出可以检测轨条24，特别是检测轨头29区域的本发明的一个检测探头30。

检测探头30包含一个超声波换能器25，它的支架横截面由平行于轨头29区域的轨条外形轮廓的两个轮廓断面确定，如图9所示。在其检测位置，换能器25坐落在轨条上部，并保持一定间隙，可使探头方便地沿轨条移动。

换能器支架25有一个按并列位置固定压电元件26的平面表面。

通过一个支架(图中未示出)，换能器25与其横截面形状与换能器支架25形状基本一致的反射镜27牢靠固定。

由图10可见，反射镜27有一个其母线相对于探头轴线倾斜的反射表面27’，在检测时，探头轴线平行于轨条的纵轴。

反射表面27’倾斜对着被检测轨条的表面，因此，源于压电元件26的超声波束28指向轨条的表面。

因此，使用用于固定压电元件的整体平面型活性表面的一种换能器，可以检测诸如轨条一类复杂轮廓构件。

图11示出一种可以对曲板32进行超声波检测的一种检测探头31。

探头31包括一个换能器33和一个紧固在这个换能器33的支架上的反射镜34。

换能器33的支架大致呈平行六面体形，有一个用于固定压电元件35的纵向平面型活性表面，压电元件以小棒或小板型式并列固定。

反射镜34有一个对着固定有压电元件35的换能器33活性表面的曲反射表面34’，这种反射表面34’按照板32的曲率弯曲成形，并倾斜对着板32的上表面。

反射镜34的反射表面34’的形状，使换能器33的任何压电元件35与板32表面之间的超声波束通道恒定。

图11示出源于在换能器长度方向分开的三个压电元件35的三个超声波束的三个通道36a、36b、36c，这三个通道的长度相同。

因此，超声波束传送条件和检测条件是相同的，与被检测板的区域无关，也与在换能器的纵向，即板的横向，对板扫描时所用的压电元件无关。

被检测板可以按箭头37所示方向，即相当于板的纵向移动。当然，在箭头37的相反方向移动换能器33和反射镜34也是等效的。

在上面所有情况中，压电元件都是在换能器活性表面的一个方向或两个方向并列固定。例如，压电元件可以相互偏离换能器轴线一个角度，按邻接方式安排，并在径向切割成连续的扇形部分。这种双向切割可以在径向和轴向折射和聚焦超声波束。

按邻接方式安排、用于发射和接收超声波束的压电元件，可以按不同的方式使用，这取决于它们在外表面上的排列，以及被检测构件表面反射超声波束的反射通道。

相同的压电元件可用作发射体和接收体，或者，不同组的邻接压电元件，按其发射组和接收组是互重叠，可用作发射体和接收体。发射组和接收组可包括共用元件或完全分开。

在发射组元件和接收组元件不同的情况，例如经采用超声波衍射回波，可以实现靠近构件表面的区域的更可靠检测。

经使用固定有小板或小棒形式的压电元件的平面型或曲型活性表面的换能器，本发明可以检测任何形状断面的或曲形构件。

在许多情况中，只有把超声波束反射到被检测构件的反射镜必须按照被检测构件表面的形状进行设计和制造。

如前所述，制造具有相应形状反射表面的反射镜比制造用于固定压电元件的换能器活性表面简单得多。

然而，也可以结合曲面反射镜使用有曲面活性表面的换能器，例如截头圆锥形或喇叭形活性表面，这时活性表面是轴对称形状。

因此，本发明的装置可以检测横截面基本不变的任何形状的构件，并可以很低的成本适用于各种用途之中。

这种检测装置的换能器可以简单地生产；用于连接到换能器活性表面的压电元件可以是完全的标准形状，这就可以用比较便宜的工业生产技术进行批量生产。

而且，因为形状简单，且可以调节超声波束在耦合剂内的行进距离，所以很容易缩小本发明检测装置的换能器。与按现有技术的检测装置的换能器相比，可以减少所用的压电元件数量，这就可以简化与换能器有关的电子装置和测量数据收集系统。

本发明不限于已经说明的这些实施例。

因此，可以设计从内侧或外侧对无论横截面为任何形状的实心和空心构件进行超声波检测的装置。

本发明可用于核反应堆大量构件或元件的检测，例如，从外部检测管形构件，如像控制杆，蒸汽发生器管，或燃油棒壳，在制造完毕时从内侧检测管形构件，如直的、弯的或螺线形、蒸汽发生器管，燃油装置导向套筒，容器或增压气喷嘴，或其他容器头渗透转接器，或核反应堆的容器头渗透。

除核反应堆领域之外，本发明还可应用于任何横截面轮廓材料的检测，例如，在制造时或制造后对铁路轨条型材的检测。

本发明也可应用于平板或弯曲成型板材的检测。

Claims (24)

1.一种用于横截面基本不变的细长构件(2，12，24，32)超声波无损检测的装置，包括一个多元超声波换能器(5，15，25，33)和一个反射超声波的反射镜(7，17，27，34)；这个换能器包含一个支架，支架上具有一个活性表面，该活性表面延伸与细长构件的至少一部分相对，多个压电元件(6，16，26，35)至少沿活性表面的一个方向并列固定在该活性表面上，还包括用于超声波的换能器(5，15，25，33)的电激励装置(10，20)，所述的激励装置与压电元件(6，16，26，35)相连，并按产生相干超声波束和至少在细长构件(2，12，24，32)表面的一个方向产生电子扫描的方式驱动，以及收集和分析换能器(5，15，25，33)电压的装置；反射镜(7，17，27，34)有一个其方位对着换能器表面用于反射超声波的反射表面，用于把源于每个压电元件(6，16，26，35)的超声波束发送到细长构件表面的连续区域，并把细长构件表面(2，12，24，32，42，52)反射的超声波束送回到压电元件(6，16，26，46，56)，其特征在于，所述的换能器(5，15，25，33)支架与反射镜(7，17，27，34)这样相连，使有可能调节换能器与反射镜在其公共轴向之间的距离。

2.按照权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的换能器(5，15，25，35)支架的活性表面是一个平面型表面。

3.按照权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述的换能器(45a，45b，45c，45d，55a，55b，55c，55d，55e，55f)支架的活性表面是轴对称的曲形表面。

4.按照权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述的换能器(45a，45b，45c，45d，55a，55b，55c，55d)的活性表面是具有直母线的截头圆锥形表面。

5.按照权利要求3所述的检测装置，其特征在于，所述的换能器(45e，45f，55e，55f)的活性表面是一种喇叭形的表面。

6.按照权利要求1-5的任一条所述的检测装置，其特征在于，所述的反射镜(7a，7b，7c，7d，47a…，47f，57a，…57f)的反射表面和换能器(5，15，25，45a，…45f，55a，…55f)的活性表面是轴对称的。

7.按照权利要求6所述的检测装置，其特征在于，所述的反射镜(7a，7b，7c，7d，47a，47b，47c，47d，57a，57b，57c，57d)的反射表面是截头圆锥形。

8.按照权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的反射镜(7d，7e，17d，17e，47d，47c，57c，57d)的反射表面是环凹形曲面或凸喇叭形曲面。

9.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，反射镜(7f，17f)的反射表面至少在轴向有两个不同的连续部分；这样，把超声波束按具有不同的方向的两种波束(21’f，21”f，23’f，23”f)进行反射。

10.按照权利要求1-9任何一项所述的装置，其特征在于，所述的换能器支架和反射镜都呈环形。

11.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的反射镜(34)有一个按被检测构件表面形状规定的反射表面(34’)，这就使换能器(33)任何压电元件(35)和被检测构件(32)之间超声波速通道保持恒定的长度。

12.按照权利要求1-11任何一项所述的装置，其特征在于，所述的压电元件(6，16，26，35，6’，16’，46’，56)在换能器的活性表面上的两个方向并列安排。

13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，所述的换能器活性表面呈轴对称形状，所述的压电元件(6，16’)在换能器活性表面的周向和径向并列排列。

14.按照权利要求1-13任何一项所述的装置，其特征在于，源于一组压电元件的并由细长构件反射的超声波束返回到构成超声波发射器和接收器的这组压电元件上。

15.按照权利要求1-13任何一项所述的装置，其特征在于，源于换能器活性表面上第一组邻接压电元件，并由细长构件表面反射的超声波被反射到不同于第一组压电元件的换能器活性表面的第二组邻接的压电元件上。

16.按照权利要求15所述的装置，其特征在于，所述的第一组和第二组压电元件包括公共的压电元件。

17.按照权利要求15所述的装置，其特征在于，所述的第一组和第二组邻接的压电元件不包括公共的压电元件。

18.按照权利要求1-17任何一项所述的检测装置的用途，用于从管的外侧检测管(2，42)。

19.按照权利要求1-17任何一项所述的检测装置的用途，用于从管的内侧检测管(12，52)。

20.按照权利要求1-17任何一项所述的检测装置的用途，用于检测型材。

21.按照权利要求20所述的用途，其特征在于，所述的型材是轨条(24)。

22.按照权利要求1-17任何一项所述的检测装置的用途，用于检测金属板(32)。

23.按照权利要求22所述的用途，其特征在于，所述的金属板(32)是曲板。

24.按照权利要求18和19任一条所述的用途，其特征在于，在检测装置和被检测管(2，42，12，52)之间沿管的轴向有一个相对运动，检测装置换能器电激励装置这样被驱动，以便沿着以管的轴线为其轴线的一个或几个螺线对管进行扫描。

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