一种适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置制造方法及图纸

一种适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，在保证超声波不发生频散及保真的情况下，其与换能器圆面接触面为宽面，能最大限度地接收换能器的能量，并在传导过程中，通过弧面聚焦方式，把接收的能量全部传导到一个细长的矩形窄面上，不但使接收的超声波能量没有散失，而且整个超声波传导行程中最多只经过一次反射，有效地减少了能量衰减，也减少了使超声波发生频散或失真的诱发因素，还适合与管道等弯曲测量面连接。本发明专利技术实现了在接收能量不损失的情况下，把超声波从宽面传导到窄面，再从窄面传回到宽面，解决了超声测厚领域的一个实用问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于超声无损检测中的弧面聚声波导装置，特别适用于高温管道和外表面为曲面的管道厚度检测。
技术介绍
使用超声波测厚是一种公开透明的实用技术，常规做法是把超声波换能器做成的超声波探头直接作用于被测物体表面，超声探头内包含发射声波换能器和接收声波换能器，由发射声波换能器发出的超声波在被测物体表面和内表面均有反射波存在，通过用于接收的所述换能器依次接收外表面和内表面反射波，根据二个回波的时间差乘以超声波的声速，来计算被测物体的厚度。在实际应用中，特别是在石油炼化企业，存在许多高温作业的恶劣环境，高温管道外表有保温层，每次测量时需拆除保温层，另外人到达高温环境内还存在安全隐患，所以把超声探头永久固定到管道外表面，变成在线定点测厚，这样不用测量人员再到现场去，测量信号采用无线或有线的方式，随时把测量结果传输到监控计算机。但管道外表的温度最高达约摄氏600度，超声探头不能适应长时间处在高温的环境，所以超声波导成为了一个选项，把超声波通过波导传输到被测物体上，使超声探头所处的位置温度处于其适合的温度范围。超声波有横波和纵波二种振动模式。纵波振动方向与超声波传播方向相同，纵波穿透能力较弱；横波振动方向与超声波传波方向垂直，只沿一个方向振动的横波叫偏振波，横波穿透能力较强。根据超声波不同的振动模式选择使用适合的波导装置，目的是使超声波的振动频率和振动模式不发生改变，使声波检测装置能检测并有效识读到很好的反射回波。声波只能沿直线方向传播，遇到阻碍后在阻碍平面会发生反射和折射，反射和折射均会造成能量损失。选择波导，需从“使振动模式不发生改变、减少能量损失及不发生频散”几个因素来考虑。对于圆柱状波导杆、细丝状波导丝、或由若干丝状组成的波导束，适合纵波；对于矩形截面波导杆或矩形截面细长波导带，则适合横波。用上述波导装置传导超声波都是已有的技术。其中专利号为CN 101976562 A的超声无损检测专利描述了一种偏振横波超声波在宽厚比大于I的矩形细长波导带中的传输的情形，图1是能体现该专利的实例之一，以图1为例，其传输特点为:超声波为横波偏振波，其为单一的振动方向，振动方向与超声波传波方向垂直，并平行于矩形细长波导带的二个宽度为15mm的平面。一束超声波从截面为圆形的发射换能器发出，沿1Χ15(_)的矩形截面进入细长波导带，超声波只能按直线方向传播，在遇到波导带侧壁后反射向另一侧壁，超声波在波导带的二个侧壁之间来回反射中前行，直至传出波导带进入被测样件。超声波在遇到样件底面后反射，反射波进入接收波导带，同样沿波导带传输到用于接收的所述换能器接收。细长波导带允许小角度的弯曲变形是其主要特点，波导带的厚度小和即使在波导带弯曲的情况下二侧壁也是平行的特点，可以保证超声波从入射面到出射面之间所走过的行程尽量短，且声波的传波方向和行程保持一致，能减小能量损失和频散。超声波的偏振方向与波导带的二个侧面平行，保证超声波在二个侧壁之间反射时，其正弦振荡的波形不散，从而保证其频率不变，尽量减少频散现象，使接收端能接到高保真的反射信号。根据上述
技术介绍
，存在的问题是:I)、在石化企业，多数被测物为圆形管道，上述已知的波导装置中，圆柱状或矩形波导杆，如图2所示，其与管道圆形外壁接触为线接触，即使压紧变形的情况下，接触面也基本为1_，只能通过使用耦合剂来扩大接触面，而耦合剂只是瞬间使用，在测厚探头与管道长时间不间断接触的情况下，耦合剂也不可行，所以只能通过减小接触面，通过如图1所示的1X15 (mm)的接触面，采用强力压紧方式，使波导面与被测管道之间没有空气，使超声波能在没有耦合剂的情况下能很好的通过界面进入被测管道，不至于引入空气参与。2)、采用细长波导带方式，有诸多不利因素。第一，超声换能器发声界面均为圆形，其发射面直径固定不变。细长波导带的最优外形尺寸是厚度小于I倍的波长(λ)，宽度大于5倍的波长，以超声波横波在金属中的传输速度为C = 3200m/S，振动频率以F = 2.5MHz计算，则波长λ = C/F = 1.28mm，厚度越小越有助于声波保真不发生频散。以图1中厚度为1mm、宽度为15mm的细长的矩形截面计算，对发射能量的利用率仅为十分之一。第二，细长波导带允许出现弯曲是其一个优点，而且在实际应用中也不可能保证钢性直线，所以超声波必然在细长波导带的二个侧面间来回反射中前行，每次反射都伴随着折射，每次反射和折射都有能量衰减，反射次数越多能量衰减越多。第三，超声波在细长波导带中来回反射前行，不能保证在超声波射入被测物体内时的入射角，尽管角度很小，但也会给接收反射波的波导带接收位置及角度造成影响，使固定的接收角不是最佳。本专利技术是针对以上现有技术存在的不足提出，弧面聚声波导装置能充分利用换能器能量，能保证入射角，声波在波导中最多经过I次反射和折射，减少能量衰减，还能减少弓I起波形频散或扭曲的诱发因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种新型的适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下:—种适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，包括发射波导和接收波导；所述发射波导和所述接收波导组成成对波导，所述发射波导和所述接收波导之间的跨度a>0 ；所述发射波导和所述接收波导均包括上下连接的矩形部分和弧面部分；所述矩形部分的上表面为A截面，所述矩形部分与所述弧面部分之间的连接面为B截面，所述弧面部分的下表面为C截面；所述A截面和所述B截面均为矩形截面；所述C截面为矩形截面；所述矩形部分为所述A截面和所述B截面之间的截面形状为矩形的规则条块，其间平行于所述A截面和所述B截面的所有截面形状及尺寸均与所述A截面和所述B截面相同；所述弧面部分还包括H面、G面、M面和N面；所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的上端均连接到所述B截面，所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的下端连接到所述C截面；所述G面是平面，所述G面垂直于所述A截面和所述B截面；所述M面和所述N面也垂直于所述A面和所述B面；所述H面是个弧面，其从所述B截面开始向所述G面弯曲，直到所述C截面；所述H面向所述G面弯曲过程中，其中每一个与所述B截面平行的抛面中其在所述G面上的线段与所述H面上的线段平行；所述H面的弯曲弧度保证从A截面所有垂直向下射到所述H面上的超声波均一次性反射到所述C截面上。所述H面为两个，分别位于所述G面的两侧，所述G面为虚拟平面。两个所述H面在所述G面的两侧对称设置。所述M面和/或所述N面上沿宽向往两侧设置各种形状的扩展部分。所述H面从所述B截面开始向所述G面弯曲，到所述C截面时弯曲到距所述G面的距离为小于2.5 λ。所述H面从所述B截面开始向所述G面弯曲，到所述C截面时弯曲到距所述G面的距离为0.5 λ -1 λ 0所述A截面的大小与所述换能器的圆面大小适配。所述H面的弯曲弧度经过声线追踪得到。声波从所述发射波导的所述C截面以一定的角度射出，能从对称角度进入所述接收波导的所述C截面，并且均能按与原入射路线相同形式的路线返回，直到进入用于接收的所述换能器。所述A截面和所述B截面间的距离根据信号强度及现场高温环境允许程度调整，使从被测物热源传到A截面的热量适合所述换能器长期有效工作本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于超声波测厚领域的弧面聚声波导装置，其特征在于：包括发射波导和接收波导；所述发射波导和所述接收波导组成成对波导，所述发射波导和所述接收波导之间的跨度a>0；所述发射波导和所述接收波导均包括上下连接的矩形部分和弧面部分；所述矩形部分的上表面为A截面，所述矩形部分与所述弧面部分之间的连接面为B截面，所述弧面部分的下表面为C截面；所述A截面和所述B截面均为矩形截面；所述C截面为矩形截面；所述矩形部分为所述A截面和所述B截面之间的截面形状为矩形的规则条块，其间平行于所述A截面和所述B截面的所有截面形状及尺寸均与所述A截面和所述B截面相同；所述弧面部分还包括H面、G面、M面和N面；所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的上端均连接到所述B截面，所述H面、所述G面、所述M面和所述N面的下端连接到所述C截面；所述G面是平面，所述G面垂直于所述A截面和所述B截面；所述M面和所述N面也垂直于所述A面和所述B面；所述H面是个弧面，其从所述B截面开始向所述G面弯曲，直到所述C截面；所述H面向所述G面弯曲过程中，其中每一个与所述B截面平行的抛面中其在所述G面上的线段与所述H面上的线段平行；所述H面的弯曲弧度保证从A截面所有垂直向下射到所述H面上的超声波均一次性反射到所述C截面上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李欣波，周光森，杨阳，杨富淋，郑丽群，
申请(专利权)人：沈阳中科韦尔腐蚀控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21