CN209559825U - 一种非金属超声波声时测量装置 - Google Patents

Abstract

一种非金属超声波声时测量装置，包括龙门架(1)，所述龙门架(1)包括两根立柱(101)和横梁(102)，所述横梁(102)被固定支撑在两根立柱(101)之间，所述横梁(102)下方架空处为消声水槽放置空间，所述消声水槽放置空间内放置有消声水槽(5)。本实用新型可以同时实现非金属超声波检测仪空中平面换能器和水中径向换能器的声时测量过程中的换能器高精度自动定位，温度自动采集，最终将换能器距离数据和温度数据自动带入计算实现非金属超声波检测仪标准声时数据自动生成并完成数据输出，有效提高非金属超声波声时测量效率，并且成本低廉。

Description

一种非金属超声波声时测量装置

技术领域

本实用新型涉及非金属超声波声时测量技术领域，具体地，涉及一种非金属超声波声时测量装置。

背景技术

非金属超声波检测仪是一种针对混凝土内部缺陷的无损检测仪器，通过向待测试件发射声脉冲，使其穿过试件，然后接收穿过试件后的声脉冲信号，测量声脉冲信号穿过试件的时间、幅值和频率变化等，以完成对试件的无损检测的仪器，广泛应用于混凝土建设工程、岩体检测、工程地质等方面。超声波检测仪配备的换能器分为平面测试换能器和圆管径向辐射换能器两类，具有不同的检测方法和特性。带平面测试换能器的超声波检测仪主要用于检测混凝土强度、内部缺陷、裂缝深度等。带圆管径向辐射换能器的超声波检测仪则主要用于跨孔声波投射法检测混凝土灌注桩桩身完整性的检测和大体积混凝土的缺陷检测。

非金属超声波检测仪依据JJG 990-2004声波检测仪检定规程和JJF(闽)1036-2010非金属超声波检测仪校准规范进行计量检测工作，其中平面换能器和圆管径辐射换能器声时测量都是非金属超声波检测仪检测的重要环节。在声时测量过程中，平面测试换能器和圆管径辐射换能器分别采用空气和水作为介质的声时测量方法，但在测量过程中都需要对超声波检测仪的发射和接收换能器放置于同一直线的不同间距处进行精确定位，反复测量。间距和温度测量的准确性对声时测量结果尤其重要，而间距设置的便利性也直接关系检定人员的劳动强度。目前传统的换能器间距设置靠直尺测量，手工调整，精度低，操作繁琐，劳动强度大，温度值靠人眼读取温度计，容易带入人为误差，已难以满足现阶段超声波检测仪的实际需求，亟需引入新技术新方法，简化测量流程，提高测量精度，减轻劳动强度。

因此，需要一种非金属超声波声时测量装置。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种非金属超声波声时测量装置，本装置可以同时实现非金属超声波检测仪空中平面换能器和水中径向换能器的声时测量过程中的换能器高精度自动定位，温度自动采集，最终将换能器距离数据和温度数据自动带入计算实现非金属超声波检测仪标准声时数据自动生成并完成数据输出，有效提高非金属超声波声时测量效率，并且成本低廉。

本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：

一种非金属超声波声时测量装置，包括龙门架，所述龙门架包括两根立柱和横梁，所述横梁被固定支撑在两根立柱之间，横梁的两端分别与两根立柱的顶端固定连接，两根立柱等高，故横梁为水平状态，所述横梁下方架空处为消声水槽放置空间，所述消声水槽放置空间内放置有消声水槽，横梁的高度高于消声水槽，且消声水槽中放置有液体；

所述横梁上固定设置有高精度直线定位机构，高精度直线定位机构用于声时测量过程中的换能器高精度自动定位，所述高精度直线定位机构的一端设置有手动调节模组，所述手动调节模组的侧面设置有手动旋钮，通过操控手动旋钮即可调节手动调节模组在水平方向上移动，所述高精度直线定位机构的另一端设置有自动定位模组，所述自动定位模组的侧面设置有步进电机，自动定位模组也能在步进电机的带动下在水平方向上移动，且所述手动调节模组与所述自动定位模组相对水平放置；

还包括换能器夹具，所述换能器夹具包括空中平面换能器夹具和水中径向换能器夹具，所述手动调节模组和所述自动定位模组上端均设置有一空中平面换能器夹具，所述手动调节模组和所述自动定位模组底端均设置有水中径向换能器夹具，空中平面换能器夹具上设置有空中平面换能器，水中径向换能器夹具上设置有水中径向换能器，所述手动调节模组和所述自动定位模组的底端均深入到消声水槽的液体中；

还包括温度传感器，所述温度传感器通过连接架固定在所述横梁上，温度传感器有两组，其中，一组温度传感器用于采集空中平面换能器之间的空气温度数据，另一组温度传感器用于采集水中径向换能器之间的液体温度数据。

进一步的，还包括显示控制系统，所述显示控制系统包括触摸显示屏和控制电路板，所述控制电路板分别与所述触摸显示屏和温度传感器连接。

进一步的，所述控制电路板包括微控制器、存储器、通信接口、ADC模数转换器、步进电机驱动器、编码器、限位光电开关和电源电路；所述微控制器通过ADC模数转换器与所述温度传感器连接，所述微控制器还分别与所述存储器、通信接口、触摸显示屏和限位光电开关连接，所述微控制器还通过所述电源电路与电源连接，所述步进电机驱动器还通过所述编码器与所述步进电机连接。

进一步的，所述消声水槽包括不锈钢水槽和吸声尖劈，所述吸声尖劈通过粘合剂均匀粘合在所述不锈钢水槽内表面，吸声尖劈对超声波有很好的吸收效果，可有效减少反射波的影响。

进一步的，所述空中平面换能器夹具包括平面发射换能器夹具和平面接收换能器夹具；一方面，可将所述平面发射换能器夹具固定在所述手动调节模组上端，将所述平面接收换能器夹具设置在所述自动定位模组上端；另一方面，可将所述平面发射换能器夹具固定在所述自动定位模组上端，将所述平面接收换能器夹具设置在所述手动调节模组上端。

进一步的，所述水中径向换能器夹具包括径向发射换能器夹具和径向接收换能器夹具；一方面，可将所述径向发射换能器夹具设置在所述手动调节模组底端，将所述径向接收换能器夹具设置在所述自动定位模组底端；另一方面，可将所述径向发射换能器夹具设置在所述自动定位模组底端，将所述径向接收换能器夹具设置在所述手动调节模组底端。

进一步的，所述龙门架由铝材制成，不易生锈且硬度适中，可延长本装置的使用寿命。

进一步的，所述温度传感器采用高精度温度变送器。

进一步的，还包括4个脚轮，所述两根立柱的底部均设置有2个所述脚轮，便于本装置的移动。

本方案的工作原理简述：

空中平面换能器操作过程；

将一对空中平面换能器放置于空中平面换能器夹具上，调节手动调节模组，进行换能器耦合，在触摸显示屏上设置步进距离，然后选择前进，显示控制系统控制步进电机转动带动自动定位模组上的换能器进行逐点定位，两换能器间的距离结合显示控制系统通过高精度温度变送器采集的温度数据，计算出每个点位的标准声时，并显示于触摸显示屏上。

水中径向换能器操作过程；

将一对水中径向换能器放置于水中径向换能器夹具上，调节手动调节模组，使得两个径向换能器内边缘相距60mm，在触摸显示屏上设置步进距离，然后选择前进，显示控制系统控制步进电机转动带动自动定位模组上的换能器进行逐点定位，两换能器间的距离结合显示控制系统通过高精度温度变送器采集的消声水槽液体温度数据，计算出每个点位的标准声时，并显示于触摸显示屏上。

综上，本实用新型的有益效果是：

本装置可以同时实现非金属超声波检测仪空中平面换能器和水中径向换能器的声时测量过程中的换能器高精度自动定位，温度自动采集，最终将换能器距离数据和温度数据自动带入计算实现非金属超声波检测仪标准声时数据自动生成并完成数据输出，有效提高非金属超声波声时测量效率，并且成本低廉。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图2是本实用新型一个实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

为了解决现有技术中的换能器间距设置靠直尺测量，手工调整，精度低，操作繁琐，劳动强度大，温度值靠人眼读取温度计，容易带入人为误差，已难以满足现阶段超声波检测仪的实际需求，亟需引入新技术新方法，简化测量流程，提高测量精度，减轻劳动强度的情况；本实用新型可以同时实现非金属超声波检测仪空中平面换能器和水中径向换能器的声时测量过程中的换能器高精度自动定位，温度自动采集，最终将换能器距离数据和温度数据自动带入计算实现非金属超声波检测仪标准声时数据自动生成并完成数据输出，有效提高非金属超声波声时测量效率，并且成本低廉。下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地的详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此，图中的只是本实用新型应用的一个示例，对本实用新型的原理没有本质性的约束。

实施例1：

如图1所示，一种非金属超声波声时测量装置，包括龙门架1，所述龙门架1包括两根立柱101和横梁102，所述横梁102被固定支撑在两根立柱101之间，横梁的两端分别与两根立柱的顶端固定连接，两根立柱等高，故横梁为水平状态，所述横梁102下方架空处为消声水槽放置空间，所述消声水槽放置空间内放置有消声水槽5，横梁的高度高于消声水槽，且消声水槽中放置有液体；

所述横梁102上固定设置有高精度直线定位机构2，高精度直线定位机构用于声时测量过程中的换能器高精度自动定位，所述高精度直线定位机构2的一端设置有手动调节模组201，所述手动调节模组201的侧面设置有手动旋钮203，通过操控手动旋钮即可调节手动调节模组在水平方向上移动，所述高精度直线定位机构2的另一端设置有自动定位模组202，所述自动定位模组202的侧面设置有步进电机204，自动定位模组也能在步进电机的带动下在水平方向上移动，且所述手动调节模组201与所述自动定位模组202相对水平放置；

还包括换能器夹具3，所述换能器夹具3包括空中平面换能器夹具301和水中径向换能器夹具302，所述手动调节模组201和所述自动定位模组202上端均设置有一空中平面换能器夹具301，所述手动调节模组201和所述自动定位模组202底端均设置有水中径向换能器夹具302，空中平面换能器夹具301上设置有空中平面换能器，水中径向换能器夹具302上设置有水中径向换能器，所述手动调节模组201和所述自动定位模组202的底端均深入到消声水槽的液体中；

还包括温度传感器4，所述温度传感器4通过连接架401固定在所述横梁102上，温度传感器有两组，其中，一组温度传感器用于采集空中平面换能器之间的空气温度数据，另一组温度传感器用于采集水中径向换能器之间的液体温度数据。

实施例2：

如图1和图2所示，在实施例1的基础上进一步的，还包括显示控制系统，所述显示控制系统包括触摸显示屏和控制电路板，所述控制电路板分别与所述触摸显示屏和温度传感器4连接。

在本实施例中进一步的，所述控制电路板包括微控制器、存储器、通信接口、ADC模数转换器、步进电机驱动器、编码器、限位光电开关和电源电路；所述微控制器通过ADC模数转换器与所述温度传感器连接，所述微控制器还分别与所述存储器、通信接口、触摸显示屏和限位光电开关连接，所述微控制器还通过所述电源电路与电源连接，所述步进电机驱动器还通过所述编码器与所述步进电机连接；其中，微控制器的型号为STM32F407，存储器采用I2C存储器，通信接口采用RS232串口，电源电路的输入电压为220V，电源电路的输出电压有3.3V、5V和24V三种。

在本实施例中进一步的，所述消声水槽5包括不锈钢水槽和吸声尖劈，所述吸声尖劈通过粘合剂均匀粘合在所述不锈钢水槽内表面，吸声尖劈对超声波有很好的吸收效果，可有效减少反射波的影响。

在本实施例中进一步的，所述空中平面换能器夹具301包括平面发射换能器夹具和平面接收换能器夹具；一方面，可将所述平面发射换能器夹具固定在所述手动调节模组201上端，将所述平面接收换能器夹具设置在所述自动定位模组202上端；另一方面，可将所述平面发射换能器夹具固定在所述自动定位模组202上端，将所述平面接收换能器夹具设置在所述手动调节模组201上端。

在本实施例中进一步的，所述水中径向换能器夹具302包括径向发射换能器夹具和径向接收换能器夹具；一方面，可将所述径向发射换能器夹具设置在所述手动调节模组201底端，将所述径向接收换能器夹具设置在所述自动定位模组202底端；另一方面，可将所述径向发射换能器夹具设置在所述自动定位模组202底端，将所述径向接收换能器夹具设置在所述手动调节模组201底端。

在本实施例中进一步的，所述龙门架1由铝材制成，不易生锈且硬度适中，可延长本装置的使用寿命。

在本实施例中进一步的，所述温度传感器4采用高精度温度变送器。

在本实施例中进一步的，还包括4个脚轮103，所述两根立柱101的底部均设置有2个所述脚轮103，便于本装置的移动。

本方案的工作原理简述：

空中平面换能器操作过程；

将一对空中平面换能器放置于空中平面换能器夹具上，调节手动调节模组，进行换能器耦合，在触摸显示屏上设置步进距离，然后选择前进，显示控制系统控制步进电机转动带动自动定位模组上的换能器进行逐点定位，两换能器间的距离结合显示控制系统通过高精度温度变送器采集的温度数据，计算出每个点位的标准声时，并显示于触摸显示屏上。

水中径向换能器操作过程；

将一对水中径向换能器放置于水中径向换能器夹具上，调节手动调节模组，使得两个径向换能器内边缘相距60mm，在触摸显示屏上设置步进距离，然后选择前进，显示控制系统控制步进电机转动带动自动定位模组上的换能器进行逐点定位，两换能器间的距离结合显示控制系统通过高精度温度变送器采集的消声水槽液体温度数据，计算出每个点位的标准声时，并显示于触摸显示屏上。

值得注意的是，非金属超声波检测仪依据JJG 990-2004声波检测仪检定规程和JJF(闽)1036-2010非金属超声波检测仪校准规范进行计量检测工作；经过多次实验，本方案中非金属超声波检测仪标准声时自动计算方式；

通过高精度直线定位机构运动自动获得两换能器之间的距离d，通过采集温度传感器自动获得空气中或水中温度，然后根据计算公式触摸屏自动计算出标准声时值并加以显示，完成了非金属超声波检测仪标准声时的自动采集，改变了换能器间距靠人工卡尺定位，温度通过人工读取温度计，然后再计算的繁琐低效过程，有效提高了工作效率。

空气中标准声时计算公式

t–标准声时，s；

d--两换能器之间的距离，m；

T--环境温度，℃；

水中标准声时计算公式

t＝d/v

t--标准声时，s；

d--两换能器之间的距离，m；

v–声波在水中的传播速度,通过温度查表得到，m/s

值得注意的是，在本申请中显示控制系统中的各个电路均为模拟电子电路、数字电子电路或由该两者组合的电路，属于现有技术中常见电路，单个的电路也并不是本申请所要求保护的创新点，本申请并不涉及计算机程序上的设计和改进，故属于实用新型的保护客体。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种非金属超声波声时测量装置，其特征在于，包括龙门架(1)，所述龙门架(1)包括两根立柱(101)和横梁(102)，所述横梁(102)被固定支撑在两根立柱(101)之间，所述横梁(102)下方架空处为消声水槽放置空间，所述消声水槽放置空间内放置有消声水槽(5)；

所述横梁(102)上固定设置有高精度直线定位机构(2)，所述高精度直线定位机构(2)的一端设置有手动调节模组(201)，所述手动调节模组(201)的侧面设置有手动旋钮(203)，所述高精度直线定位机构(2)的另一端设置有自动定位模组(202)，所述自动定位模组(202)的侧面设置有步进电机(204)，且所述手动调节模组(201)与所述自动定位模组(202)相对水平放置；

还包括换能器夹具(3)，所述换能器夹具(3)包括空中平面换能器夹具(301)和水中径向换能器夹具(302)，所述手动调节模组(201)和所述自动定位模组(202)上端均设置有一空中平面换能器夹具(301)，所述手动调节模组(201)和所述自动定位模组(202)底端均设置有水中径向换能器夹具(302)；

还包括温度传感器(4)，所述温度传感器(4)通过连接架(401)固定在所述横梁(102)上。

2.根据权利要求1所述的一种非金属超声波声时测量装置，其特征在于，还包括显示控制系统，所述显示控制系统包括触摸显示屏和控制电路板，所述控制电路板分别与所述触摸显示屏和温度传感器(4)连接。

3.根据权利要求2所述的一种非金属超声波声时测量装置，其特征在于，所述控制电路板包括微控制器、存储器、通信接口、ADC模数转换器、步进电机驱动器、编码器、限位光电开关和电源电路；所述微控制器通过ADC模数转换器与所述温度传感器连接，所述微控制器还分别与所述存储器、通信接口、触摸显示屏和限位光电开关连接，所述微控制器还通过所述电源电路与电源连接，所述步进电机驱动器还通过所述编码器与所述步进电机连接。

4.根据权利要求1所述的一种非金属超声波声时测量装置，其特征在于，所述消声水槽(5)包括不锈钢水槽和吸声尖劈，所述吸声尖劈通过粘合剂均匀粘合在所述不锈钢水槽内表面。

5.根据权利要求1所述的一种非金属超声波声时测量装置，其特征在于，所述空中平面换能器夹具(301)包括平面发射换能器夹具和平面接收换能器夹具，所述平面发射换能器夹具固定在所述手动调节模组(201)上端，所述平面接收换能器夹具设置在所述自动定位模组(202)上端。

6.根据权利要求1所述的一种非金属超声波声时测量装置，其特征在于，所述水中径向换能器夹具(302)包括径向发射换能器夹具和径向接收换能器夹具，所述径向发射换能器夹具设置在所述手动调节模组(201)底端，所述径向接收换能器夹具设置在所述自动定位模组(202)底端。

7.根据权利要求1所述的一种非金属超声波声时测量装置，其特征在于，所述龙门架(1)由铝材制成。

8.根据权利要求1所述的一种非金属超声波声时测量装置，其特征在于，所述温度传感器(4)采用高精度温度变送器。

9.根据权利要求1所述的一种非金属超声波声时测量装置，其特征在于，还包括4个脚轮(103)，所述两根立柱(101)的底部均设置有2个所述脚轮(103)。