一种基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统及方法，包括材料空蚀试验装置和空蚀表面检测系统；材料空蚀试验装置包括超声波空蚀发生器和容器，超声波空蚀发生器包括变频器和变幅杆；空蚀表面检测系统包括超声检测系统和自动扫描机构，超声检测系统包括超声波探头阵列、超声波发射/接收装器及数据处理与控制系统，超声波探头阵列设于测试试样下方的空蚀介质内；试验时，先启动材料空蚀试验装置进行空蚀试验，然后启动空蚀表面检测系统，通过自动扫描机构的驱动超声波探头阵列对测试试样扫描，完成在线检测。本发明专利技术可以实现在不取样情况下进行振动空蚀试验空蚀量的测量，有效提升了整个试验与检测过程的智能程度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统及方法
本专利技术属于空蚀
，涉及空蚀试验装置，具体涉及一种基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统及方法。
技术介绍
空蚀是由空泡作用引起的损伤过程，是流体机械的一种常见的表面破坏形式。这一现象最初是在十九世纪末期，研究汽船螺旋桨性能劣化的原因时首次提出并使用的。空蚀现象在船舶螺旋桨、船用泵普遍存在，提高叶轮性能，减少空蚀现象的发生成为了螺旋桨、船用离心泵等船舶流体机械研究的重要内容之一。目前，优化水轮机叶轮材料已经成为了减少空蚀现象发生的有效措施。在船舶离心泵、螺旋桨叶轮材料优化的研究中，针对材料的空蚀试验，相关人员已经研制出了许多相应的振动空蚀试验装置，但使用这些装置在进行空蚀试验时具有一个普遍的特征，即整个试验过程十分繁琐，在装置中每完成一组试验，就需要取出试样在烘箱中烘干、称重，一般来说，每一组试验时间为1-2h，一个试样需要完成十多组试验，整个试验过程耗时较长，且大部分时间耗费在了取样烘干上。现在尚未有试验装置能实现不取样情况下实时检测试样的空蚀量，在试验过程中全程需要人员值守，频繁进行取样烘干操作，非常繁琐。且在试验后，需要人工记录数据并绘制累积空蚀量-时间曲线与空蚀速率-时间曲线。整个试验过程和数据处理智能化程度较低。目前，许多研究人员针对超声波表面重构技术已经完成了许多研究。3D型显示超声波探伤技术可以直观显示缺陷的形状、大小、空间位置，能进行精确的三维结构、断层立体结构的分析，但这些技术目前尚未运用于空蚀试验装置，目前也没有针对空蚀量的不取样检测系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：提供一种基于超声技术的船舶材料空蚀试验装置及空蚀表面实时检测系统，在振动空蚀试验过程中，利用超声技术，实现在不取样情况下进行空蚀量的检测，节省试验时间，简化试验操作，大幅提升空蚀试验的智能化。为实现上述目的，本专利技术创造采取的技术方案为：一种基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统，其特征在于：包括材料空蚀试验装置和空蚀表面检测系统；所述材料空蚀试验装置包括超声波空蚀发生器和盛装有空蚀介质的容器，所述超声波空蚀发生器包括变频器和变幅杆，所述变幅杆一端安装在变频器上，另一端伸入到容器的空蚀介质内，伸入到空蚀介质内的变幅杆端部用于安装测试试样，所述超声波空蚀发生器用于通过变幅杆驱动测试试样在空蚀介质内高频振动，从而完成测材料空蚀试验；所述空蚀表面检测系统包括超声检测系统和自动扫描机构，所述超声检测系统包括超声波探头阵列、超声波发射/接收装器及数据处理与控制系统，所述超声波探头阵列设于测试试样下方的空蚀介质内，并且通过探头连接杆与自动扫描机构相连，所述自动扫描机构用于通过探头连接杆驱动超声波探头阵列在测试试样下方平移完成覆盖测试试样扫描，所述超声波探头阵列通过信号线与超声波发射/接收装器相连，所述超声波发射/接收装器和数据处理与控制系统相连。进一步地，所述容器内设有保持空蚀介质温度的恒温装置。进一步地，所述空蚀介质为水，所述容器上设有用于调整水位的进水口和出水口。进一步地，所述变幅杆和测试试样通过螺纹可拆卸相连。进一步地，所述恒温装置包括温度传感器、加热器、温控器和设于容器内的保温内胆，所述温控器通过温度传感器反馈温度并通过加热器保持保温内胆内的温度。进一步地，所述数据处理与控制系包括A/D转换芯片、单片机、数据处理器、人机交互模块和空蚀试验系统电源控制模块，所述超声波发射/接收装器通过A/D转换芯片与单片机及数据处理器相连，所述单片机与人机交互模块及空蚀试验系统电源控制模块相连，所述单片机还通过外接端口与计算机相连，所述人机交互模块与自动扫描机构相连，传递控制信号，所述空蚀试验系统电源控制模块用于控制超声波空蚀发生器的启停。进一步地，所述容器一侧设有部分向上延伸的顶盖，所述自动扫描机构包括直线电机和步进电机驱动器，所述直线电机固定在容器的顶盖上，所述探头连接杆固定在直线电机的移动输出端，所述步进电机驱动器与人机交互模块相连，并可通过单片机控制。进一步地，所述超声波探头阵列的宽度大于测试试样的宽度，并且通过自动扫描机构扫描过程中，能全覆盖测试试样在超声波探头阵列所在平面的正投影。进一步地，所述人机交互模块包括外接按键与显示器。一种基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、搭建上述的船舶材料空蚀试验实时检测系统，将测试试样安装在变幅杆，开启超声波空蚀发生器，超声波空蚀发生器通过变幅杆带动测试试样在空蚀介质内高频振动，进行空蚀试验；步骤2、根据试验需要在空蚀试验中或者空蚀试验结束后，启动超声检测系统和自动扫描机构，通过自动扫描机构带动超声波探头阵列平移，对测试试样进行扫描，完成对测试试样空蚀量的检测。与现有技术相比较，本专利技术有益效果是：本专利技术基于超声波表面重构技术，在试样进行试验的过程中，空蚀表面检测系统同时进行工作，超声波探头阵列通过水平移动扫描整个试样表面，检测系统采集并处理信号，并在后台计算机上进行超声波信号的三维显示，并依此完成试样的三维表面重构，实时检测测试试样的空蚀量，并绘制累积空蚀量-时间曲线与空蚀速率-时间曲线。本专利技术从根本上避免了传统的取样、烘干、称重这一繁琐的空蚀量的检测过程，可实现空蚀试验过程中空蚀量的实时检测，整个试验与检测过程智能化程度较高。附图说明图1为本专利技术实施例中材料空蚀试验装置结构图。图2为图1中A-A截面的俯视图以及超声波探头阵列扫描轨迹示意图。图3为本专利技术实施例中自动扫描机构与容器连接的结构示意图。图4为本专利技术实施例中测试试样的结构图。图5为本专利技术实施例中空蚀表面检测系统结构图。图6为本专利技术实施例中检测系统运行原理图。图7为本专利技术实施例中累积空蚀量-时间曲线与空蚀速率-时间曲线的计算与绘制的流程图。附图标记：1-电源，2-自动扫描机构，3-步进电机驱动器，4-容器，5-恒温装置，6-探头连接杆，7-超声波探头阵列，8-进水口，9-出水口，10-测试试样，11-变幅杆，12-支撑装置连接处，13-变频器，14-顶盖。具体实施方式下面将结合本专利技术创造实施例中的附图，对本专利技术创造实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术创造一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术创造中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本专利技术创造保护的范围。如图1-图7所示，一种基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统，包括材料空蚀试验装置和空蚀表面检测系统；。如图1-图4所示，所述材料空蚀试验装置包括超声波空蚀发生器、恒温装置5和盛装有空蚀介质的容器4，所述超声波空蚀发生器包括变频器13、电源1和变幅杆11，电源1与变频器13相连，所述变幅杆11一端安装在变频器13上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统，其特征在于：包括材料空蚀试验装置和空蚀表面检测系统；/n所述材料空蚀试验装置包括超声波空蚀发生器和盛装有空蚀介质的容器，所述超声波空蚀发生器包括变频器和变幅杆，所述变幅杆一端安装在变频器上，另一端伸入到容器的空蚀介质内，伸入到空蚀介质内的变幅杆端部用于安装测试试样，所述超声波空蚀发生器用于通过变幅杆驱动测试试样在空蚀介质内高频振动，从而完成测材料空蚀试验；/n所述空蚀表面检测系统包括超声检测系统和自动扫描机构，所述超声检测系统包括超声波探头阵列、超声波发射/接收装器及数据处理与控制系统，所述超声波探头阵列设于测试试样下方的空蚀介质内，并且通过探头连接杆与自动扫描机构相连，所述自动扫描机构用于通过探头连接杆驱动超声波探头阵列在测试试样下方平移完成覆盖测试试样扫描，所述超声波探头阵列通过信号线与超声波发射/接收装器相连，所述超声波发射/接收装器和数据处理与控制系统相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统，其特征在于：包括材料空蚀试验装置和空蚀表面检测系统；
所述材料空蚀试验装置包括超声波空蚀发生器和盛装有空蚀介质的容器，所述超声波空蚀发生器包括变频器和变幅杆，所述变幅杆一端安装在变频器上，另一端伸入到容器的空蚀介质内，伸入到空蚀介质内的变幅杆端部用于安装测试试样，所述超声波空蚀发生器用于通过变幅杆驱动测试试样在空蚀介质内高频振动，从而完成测材料空蚀试验；
所述空蚀表面检测系统包括超声检测系统和自动扫描机构，所述超声检测系统包括超声波探头阵列、超声波发射/接收装器及数据处理与控制系统，所述超声波探头阵列设于测试试样下方的空蚀介质内，并且通过探头连接杆与自动扫描机构相连，所述自动扫描机构用于通过探头连接杆驱动超声波探头阵列在测试试样下方平移完成覆盖测试试样扫描，所述超声波探头阵列通过信号线与超声波发射/接收装器相连，所述超声波发射/接收装器和数据处理与控制系统相连。


2.如权利要求1所述基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统，其特征在于：所述容器内设有保持空蚀介质温度的恒温装置。


3.如权利要求1所述基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统，其特征在于：所述空蚀介质为水，所述容器上设有用于调整水位的进水口和出水口。


4.如权利要求1所述基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统，其特征在于：所述变幅杆和测试试样通过螺纹可拆卸相连。


5.如权利要求2所述基于超声检测技术的船舶材料空蚀试验实时检测系统，其特征在于：所述恒温装置包括温度传感器、加热器、温控器和设于容器内的保温内胆，所述温控器通过温度传感器反馈温度并通过加热器保持保温内胆内的温度。


6.如权利要求1-5任意一项所述基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭智威，苗子华，白秀琴，袁成清，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42