CN209131610U - 无线超声波测厚系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供无线超声波测厚系统,包括:无线超声波传感器,安装于被测物体的表面,并包括超声换能器,用于测厚;感应线圈,用于产生电流并与所述超声换能器电耦合以支持测厚过程;测量设备,包括感应驱动单元,用于发生交变电流;发射线圈,与所述感应驱动单元电耦合;信号接收处理单元,用于解析和存储信号;接收线圈,与所述信号接收处理单元电耦合;所述接收线圈和所述发射线圈电感耦合;所述接收线圈和所述发射线圈直接或间接电感耦合至所述无线超声波传感器。该系统采用无线无源传感器和测试对象静态长期耦合,激励发生测量电流,高精度回波接收和解析的方法,实现了定点、现场不需要布设电源线、不需要接驳数据导线的高可靠性厚度测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及测量技术领域,尤其涉及一种定点、不需要现场布设电源线、不需要接驳数据导线、在线实用的便于读取厚度数据的无线超声波测厚系统。
背景技术
超声波测厚技术是广泛应用于工业的设备厚度测量技术,测厚原理为超声波脉冲反射。在超声波恒速传播的材料中,发射的超声波脉在材料分界面被反射,通过精准测量超声波在材料中传播的时间来确定被测物体的厚度。
目前工业应用的超声波技术,按操作方式区分为人工的超声波测厚和在线测厚两大类:人工测厚使用便携式的测量仪器,对测厚点进行表面处理,人工耦合后实施;在线测厚使用现场布设的电源,提供给固定在测厚点的超声波传感器实施测厚,其产生的数据通过有线或无线的方式导出。对于人工测厚,一方面精度较低,通常为0.1mm,另一方面由于人工操作和定点不准等因素,取得的测厚数据不稳定可靠。对于有线的在线测厚,一方面供电系统布设结构复杂、安装要求高、占用空间大、维护工作量大,另一方面由于有线系统故障率较高,数据可靠性降低。
实用新型内容
为了克服现有的测厚技术数据可靠性差、现场布设结构复杂、供电维护工作量大、故障率较高的问题,本实用新型提供了一种新型工业用无线超声波测厚系统,采用简便的传感器长期静态耦合、现场不设电源、不设数据线的方式,对被测物进行高精度的超声波测量。
本实用新型采用的解决方案是:一种无线超声波测厚系统,其特征在于:包括:
无线超声波传感器,安装于被测物体的表面,并包括超声换能器,用于测厚;感应线圈,用于产生电流并与所述超声换能器电耦合以支持测厚过程;
测量设备,包括感应驱动单元,用于发生交变电流;发射线圈,与所述感应驱动单元电耦合;信号接收处理单元,用于解析和存储信号;接收线圈,与所述信号接收处理单元电耦合;所述接收线圈和所述发射线圈电感耦合;
所述接收线圈和所述发射线圈直接或间接电感耦合至所述无线超声波传感器。
在一个实施例中,所述无线超声波测厚系统还包括:
延长线,电感耦合于所述测量设备的所述接收线圈和所述发射线圈和所述无线超声波传感器之间。
在一个实施例中,所述延长线包括:
第一线圈,第二线圈和连接所述第一线圈和所述第二线圈的导线;
所述第一线圈,电感耦合至所述无线超声波传感器;
所述第二线圈,电感耦合至所述接收线圈和所述发射线圈。
在一个实施例中,所述无线超声波测厚系统还包括:
连结面,为连接所述无线超声波传感器和所述被测物体之间的超声波耦合剂层;
电磁波吸波层,由金属微粒和聚合物组成,并位于所述感应线圈和所述连结面之间。
在一个实施例中,所述超声换能器,用于生成kHz至百MHz范围内的超声波;
所述感应线圈,具有电感,并使得所述超声换能器与所述感应线圈形成电路的谐振频率与所述超声换能器的最佳操作频率相匹配。
在一个实施例中,所述超声换能器和所述感应线圈封装在一起。
在一个实施例中,所述感应线圈的内径大于所述超声换能器的外径,且所述超声换能器位于所述感应线圈中使得所述感应线圈和所述超声换能器处于同轴、相同平面内。
在一个实施例中,所述超声换能器和所述感应线圈分开布置由导线连接。
在一个实施例中,所述接收线圈和所述发射线圈封装在一起,或所述接收线圈和所述发射线圈分开设置。
在一个实施例中,所述发射线圈的直径和匝数设计使其在最佳操作频率下与所述感应驱动单元的阻抗相匹配;
所述接收线圈的直径和匝数设计使其与所述感应线圈实现最大电感耦合。
在一个实施例中,所述感应驱动单元和所述信号接收处理单元封装在一起,或所述感应驱动单元和所述信号接收处理单元分开设置。
在一个实施例中,所述感应驱动单元,用于生成kHz至百MHz范围内的电信号;
所述信号接收处理单元,用于将kHz到百MHz范围内的电信号数字化,并包括信号处理器和存储器。
在一个实施例中,所述无线超声波测厚系统还包括:
辅助设备,包括能量源,所述测量设备的一体化装置,所述测量设备的延长杆,固定或装载所述测量设备的支架,固定或装载所述测量设备的无人机,和无线通信设备中的一种或多种。
本实用新型中,感应驱动单元发生交变电流,通过发射线圈和感应线圈之间的电感耦合,驱动感应线圈发生电流,支持超声换能器完成测厚。产生的测量信号再经感应线圈和接收线圈之间的电感耦合反馈至信号接收处理单元,完成信号解析和存储等。并且这个系统采用无线传感器和测试对象静态长期耦合,激励发生测量电流,高精度回波接收和解析的方法,实现了定点、现场不需要布设电源线、不需要接驳数据导线的高可靠性厚度测量,即“无线”超声波测厚系统。
附图说明
现在将参考附图,仅通过示例严格地描述本实用新型的实施例,
图1是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统的示意图;
图2是本实用新型实施例中无线超声波传感器的示意图,其中超声换能器包容在感应线圈内并与其封装为一体;
图3是本实用新型实施例中无线传感器的另一种形式,其中超声换能器与感应线圈分开设置;
图4是本实用新型实施例中封装测量设备的一体化工具的测厚系统安装、工作示意图;
图5是本实用新型实施例中测量设备一体化工具和超声换能器与感应线圈分开设置时无线传感器组成系统的安装、工作示意图;
图6是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统在有涂层材料环境下的安装、工作示意图;
图7是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统在有隔离材料环境下的安装、工作示意图;
图8是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统结合延长线在有金属护套环境下的安装、工作示意图;
图9是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统结合延长线在受限空间内的安装、工作示意图;
图10是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统结合延长杆的安装、工作示意图;
图11是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统中装载测量设备的无人机的系统安装、工作示意图;
图12是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统中固定测量设备的远程无线测厚系统的安装、工作示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型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实用新型,并不用于限定本实用新型。
具体参照附图1所示,其为无线超声波测厚系统的示意图,本实用新型中的无线超声波测厚系统的总体显示为100。该系统包括安装在测试对象110上的无线超声波传感器120,该无线超声波传感器为无线无源超声波传感器120,并且该无线无源超声波传感器120是长期固定安装在测试对象110上;测量设备130;延长线140以及辅助设备150。无线无源超声波传感器120包括超声换能器121和与超声换能器121电耦合的感应线圈122;超声换能器121与感应线圈122可封装在一体,也可分开设置由导线连接。测量设备130包括感应驱动单元133,与感应驱动单元133电耦合的发射线圈131,接收线圈132和与接收线圈132电耦合的信号接收处理单元134。
感应驱动单元133用于发生交变电流,通过发射线圈131和感应线圈122之间的电感耦合,驱动感应线圈122发生电流,从而支持超声换能器121完成测厚。同时,产生的测量信号再经感应线圈122和接收线圈132之间的电感耦合反馈至信号接收处理单元134,完成信号的解析和存储。
无线无源超声波传感器120和发射线圈131、接收线圈132之间的延长线140由第一线圈、第二线圈和将两者连接的导线组成;其中第一线圈电感耦合至无线超声波传感器120,第二线圈电感耦合至发射线圈131和接收线圈132。
辅助设备150包括能量源,测量设备130的一体化工具,测量设备的延长杆,固定、装载测量设备的支架、无人机,和无线通信设备中的一个或多个。
进一步参考附图2,其示出了本实用新型实施例中无线超声波传感器的示意图,其中超声换能器包容在感应线圈内并与其封装为一体,并具体示出了示出了无线无源超声波传感器120的截面图。其中所述无线无源超声波传感器120由一个超声换能器121,感应线圈122和一层柔性电磁波吸波层123组成;其中超声换能器121能生成kHz到百MHz的超声波;其中感应线圈122电耦合至超声换能器121,使换能器能通过电感感应被测量设备操作;其中感应线圈122具有电感,使得超声换能器121与其形成电路的谐振频率与换能器121的最佳操作频率相匹配。
该感应线圈122与超声换能器121可以封装在一起,比如感应线圈122的内径大于超声换能器121的外径,使超声换能器121能够被容纳在其中,感应线圈122和超声换能器121基本处于同轴、相同平面内;感应线圈122与超声换能器121也能分开布置由导线连接;感应线圈122由柔性材料制成;无线无源超声波传感器120和测试对象110的连结面为一层超声波耦合剂比如超声波耦合剂,环氧树脂等,称为传感器连结面,在此连结面和感应线圈122之间有一层由金属微粒和聚合物组成的柔性电磁波吸收层123。当超声波传感器120被固定在金属表面,测量设备130进行测量时多余的入射能量会被电磁波吸波材料123吸收,从而抑制金属表面涡电流的生成,进而减小涡电流产生的磁场对电感耦合的不利影响。
附图3本实用新型实施例中无线传感器的另一种形式,其中超声换能器121与感应线圈122分开设置,具体为,其中换能器121与感应线圈122分开设置并由导线连接。感应线圈122和传感器连结面之间有一层柔性电磁波吸收层123。
附图4是本实用新型实施例中封装测量设备的一体化工具的测厚系统安装、工作示意图,并具体是一般环境下,封装测量设备130的一体化工具151的安装、工作示意图。其中无线无源传感器120固定在测试对象110的表面进行厚度测量,一体化工具151在距离传感器120一定范围内获得测量数据。
附图5是本实用新型实施例中测量设备一体化工具和超声换能器121与感应线圈122分开设置时无线传感器组成系统的安装、工作示意图,其中超声换能器121固定在测试对象110的表面进行厚度测量,一体化工具151在距离感应线圈122一定范围内获取测量数据。
附图6是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统在有涂层材料环境下的安装、工作示意图,其中无线无源超声波传感器120固定安装在测量对象110表面、隔离材料112之下。一体化工具151在无线无源超声波传感器120附近进行厚度测量时,无需去除隔离材料112。
附图7是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统在有隔离材料环境下的安装、工作示意图;其中无线无源超声波传感器120固定安装在测量对象110表面、隔离材料112之下。延长线140的第一线圈安装在金属护套113下的无线无源超声波传感器120附近,第二线圈安装在金属护套113上,并由导线穿过金属护套113联通。一体化工具151可以在金属护套113外的线圈附近获取测厚数据,无需去除隔离材料或金属护套。
附图8是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统结合延长线在有金属护套环境下的安装、工作示意图;其中无线无源传感器120固定安装在处于受限空间114内的测量对象110表面,延长线140的第一线圈安装在受限空间114内的传感器120附近,第二线圈安装在受限空间114外的易接近区域。一体化工具151可以在受限空间114外的线圈附近获取测厚数据。
附图9是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统结合延长线在受限空间内的安装、工作示意图;其中无线无源传感器120固定在测试对象110的表面进行厚度测量,一体化工具151可在离传感器120一定距离内获取厚度测量读数。
附图10是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统结合延长杆的安装、工作示意图;其中无线无源传感器120固定在测试对象110的表面进行厚度测量,一体化工具151可在离传感器120一定距离内获取厚度测量读数。
附图11是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统中装载测量设备的无人机的系统安装、工作示意图;其中无线无源传感器120固定在测试对象110的表面进行厚度测量,无人机153在远程操纵设备154的控制下飞行至传感器120附近进行测量数据获取。
附图12是本实用新型实施例中无线超声波测厚系统中固定测量设备的远程无线测厚系统的安装、工作示意图;其中无线无源传感器120固定在测试对象110的表面进行厚度测量,发射线圈131和接收线圈132固定安装在传感器120附近,并由导线连接到包括感应驱动单元133,信号接收处理单元134和无线通信设备的远程无线测量设备155。远程用户156可通过无线通信操作远程无线测量设备155进行厚度测量或者自动定时测量。
本实用新型所述新型工业用无线超声波测厚系统通过独特的激励触发方式完成测厚,实施测厚的行为为快速扫查,读取时间为小于300秒。并可通过辅助设备的选择,实现更多场景和受限区域内的无线测厚。
并且本实用新型的有益效果是,保证测量精度和数据可靠性,简化测厚系统现场布设的结构,提高测厚系统的可靠性,易于维护和简化测厚操作。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (13)
1.一种无线超声波测厚系统,其特征在于:包括:
无线超声波传感器,安装于被测物体的表面,并包括超声换能器,用于测厚;感应线圈,用于产生电流并与所述超声换能器电耦合以支持测厚过程;
测量设备,包括感应驱动单元,用于发生交变电流;发射线圈,与所述感应驱动单元电耦合;信号接收处理单元,用于解析和存储信号;接收线圈,与所述信号接收处理单元电耦合;所述接收线圈和所述发射线圈电感耦合;
所述接收线圈和所述发射线圈直接或间接电感耦合至所述无线超声波传感器。
2.如权利要求1所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:所述无线超声波测厚系统还包括:
延长线,电感耦合于所述测量设备的所述接收线圈和所述发射线圈和所述无线超声波传感器之间。
3.如权利要求2所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:所述延长线包括:
第一线圈,第二线圈和连接所述第一线圈和所述第二线圈的导线;
所述第一线圈,电感耦合至所述无线超声波传感器;
所述第二线圈,电感耦合至所述接收线圈和所述发射线圈。
4.如权利要求1所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:所述无线超声波测厚系统还包括:
连结面,为连接所述无线超声波传感器和所述被测物体之间的超声波耦合剂层;
电磁波吸波层,由金属微粒和聚合物组成,并位于所述感应线圈和所述连结面之间。
5.如权利要求1所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:
所述超声换能器,用于生成kHz至百MHz范围内的超声波;
所述感应线圈,具有电感,并使得所述超声换能器与所述感应线圈形成电路的谐振频率与所述超声换能器的最佳操作频率相匹配。
6.如权利要求5所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:
所述超声换能器和所述感应线圈封装在一起。
7.如权利要求6所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:
所述感应线圈的内径大于所述超声换能器的外径,且所述超声换能器位于所述感应线圈中使得所述感应线圈和所述超声换能器处于同轴、相同平面内。
8.如权利要求5所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:
所述超声换能器和所述感应线圈分开布置由导线连接。
9.如权利要求1所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:
所述接收线圈和所述发射线圈封装在一起,或所述接收线圈和所述发射线圈分开设置。
10.如权利要求9所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:
所述发射线圈的直径和匝数设计使其在最佳操作频率下与所述感应驱动单元的阻抗相匹配;
所述接收线圈的直径和匝数设计使其与所述感应线圈实现最大电感耦合。
11.如权利要求1所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:
所述感应驱动单元和所述信号接收处理单元封装在一起,或所述感应驱动单元和所述信号接收处理单元分开设置。
12.如权利要求11所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:
所述感应驱动单元,用于生成kHz至百MHz范围内的电信号;
所述信号接收处理单元,用于将kHz到百MHz范围内的电信号数字化,并包括信号处理器和存储器。
13.如权利要求1-12任一项所述的无线超声波测厚系统,其特征在于:所述无线超声波测厚系统还包括:
辅助设备,包括能量源,所述测量设备的一体化装置,所述测量设备的延长杆,固定或装载所述测量设备的支架,固定或装载所述测量设备的无人机,和无线通信设备中的一种或多种。
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GB2597105A (en) * | 2020-07-15 | 2022-01-19 | Inductosense Ltd | Wireless sensor |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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GR01 | Patent grant | ||
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