一种同时进行高精度应力和厚度测量的超声检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种同时进行高精度应力和厚度测量的超声无损检测方法和装置，包括：采用一发一收或一发双收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；处理超声信号在不改变超声探头收发形式的条件下同时测量应力和材料厚度。通过此发明专利技术解决现有超声应力和超声厚度检测分别采用不同的超声探头形式、无法同时进行测量只能分别操作的问题。行测量只能分别操作的问题。行测量只能分别操作的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种同时进行高精度应力和厚度测量的超声检测方法和装置


[0001]本专利技术属于无损超声技术检测领域，具体涉及一种同时进行高精度应力和厚度测量的超声无损检测方法和装置。

技术介绍

[0002]压力容器和管道广泛应用于现代工业中，随着金属材料使用年限的逐年增长，管道和压力容器会进入一个事故多发阶段，需要测量和监控材料的压力值以及材料使用过程中的减薄程度即需要测量厚度，从而保证其有效而安全的运行。目前所采用的方法是采用超声应力仪以声弹性理论为基础，采用一发一收的探头测量超声临界折射纵波来临的时间的变化进而计算出材料表面的应力大小；测量厚度是采用测厚仪利用收发一体的探头垂直于材料表面发射超声波到达底面时反射回原超声探头，通过测量超声波从发射到接收的传播时间，传播时间与声速乘积的一半就是被测材料的厚度。但是，分别采用测厚仪和超声应力仪对厚度和应力测量，需要使用不同设备和探头，操作麻烦、过程繁琐，效率低下，无法同时检测，野外一些特殊地方甚至需要爬上爬上来回检测，影响体验。另外测厚探头所用收发一体式探头现场检测时通常为手持，固定稳定性差导致测厚精度低，其测厚精度最高只有0.01mm。
[0003]为克服超声测厚与超声测应力需要采用不同的设备问题，通过程序开发可以将超声应力采集设备和超声测厚仪器集成，一台设备同时具备超声应力采集功能也具备超声测厚功能；然而，超声应力检测是将超声发射探头和超声接收探头采用一发一收倾斜入射材料并接收超声信号进行处理，超声测厚是采用单个收发一体的超声探头垂直入射材料依靠垂直反射的底面回波信号进行处理。虽然采用一台设备可以集了超声应力与超声测厚功能，但是超声应力采用一发一收倾斜入射的形式，超声测厚采用的仍然是收发一体的超声探头对垂直入射的形式，因此两种不同超声探头的形式导致检测时仍然需要重新更换连接不同超声探头、重新设置设备参数，重复操作检测、仍然无法便捷的同时测量超声应力和厚度，而且测厚仍然是采用手持收发一体探头其精度不准的问题仍然无法改善。
[0004]针对现有技术中即使超声检测设备集成了测厚与测应力功能，由于两者测试原理不同、超声探头收发形式不同，测量超声应力和测量厚度仍然无法同时进行测量，需要重新更换连接不同的超声探头形式、使用不同的参数设置、只能单独对超声应力、超声测厚分别进行操作，而且超声测量厚度精度不够准确，目前尚未提出有效的解决方案.

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种同时进行高精度应力和厚度测量的超声无损检测方法和装置，为了实现上述目的，根据本专利技术实施例的一个方面，提供了一种同时进行高精度应力和厚度测量的超声无损检测方法，包括：采用一发一收或一发双收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；处理超声信号在不改变超声探头收发形式的条件
下同时测量应力和材料厚度。
[0006]进一步地，超声发射探头和超声接收探头以特定的角度固定在连接件上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角≤第一临界角，入射角度：0<θ<45
°
。
[0007]进一步地，实施一发一收形式时，连接件上有与底面成θ角的斜面，垂直斜面有安装超声发射探头和超声接收探头的螺纹孔道，分别将超声发射探头和接收探头固定到连接件上，连接件上还设置有磁铁，涂上耦合剂后，固定或吸附在工件材料的表面；图1所示为一发一收形式下超声发射探头和超声接收探头连接示意图；实施一发双收的形式时，连接件除包括两个对称的与底面成θ角的斜面以及垂直斜面有安装超声发射探头和超声接收探头的螺纹孔道之外，在超声接收探头一侧还多设置了一个与底面成θ角的斜面以及垂直斜面设置有安装第二个超声接收探头的螺纹孔道，分别将超声发射探头和连个超声接收探头固定到连接件上，连接件上还设置有磁铁，涂上耦合剂后，固定或吸附在工件材料的表面；图2所示为一发双收形式下超声发射探头和超声接收探头连接示意图。
[0008]进一步地，所述超声发射探头接收超声波发射电路发射的脉冲激励波形产生超声波，产生的超声波从有机玻璃入射到材料表面，符合Snell定律；超声波以倾斜入射角θ入射到厚度为H的工件表面，产生临界折射纵波（LCR）后向介质底部传播，并在底面和上表面之间发生多次反射，且每次反射到上表面时都产生表面波信号（RSW1，RSW2，RSW3），这些沿材料表面传播的超声波信号回先后被同样角度的超声波接收探头接收，并通过连接的超声采集模块对超声信号进行采集；如果是一发双收形式，则先后被第一和第二超声接收探头接收，图3所示为一发一收形式下超声波信号在材料中所经历的路程示意图，图4所示为一发一收形式下超声波信号中的临界折射纵波及底面反射波示意图。
[0009]进一步地，上述超声测量厚度处理超声信号的方法包括：确定采集的超声信号中临界折射纵波信号来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn，将T0、Tn代入超声测厚公式：，测出材料的厚度，其中，H为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； V为超声波在介质中的传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；上述公式中，Tn
‑
T0可精确到纳秒级别，所以H测厚也可精确到纳米级别。
[0010]其中，上述超声测厚公式根据三角函数规律可变换为： 。
[0011]上述测厚公式在已知工件材料准确厚度H的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:。
[0012]进一步地，上述超声探头一发一收倾斜入射形式下超声测量应力处理超声信号的方法包括：确定无应力标定时临界折射纵波对应的T0'与有应力测试时临界折射纵波对应
的T0之间的差值
△
T0= T0'
ꢀ‑
T0，将
△
T0代入超声应力公式：，求出应力值，其中K为声时差系数，可由标定不同应力与声时差对应的斜率获得。
[0013]进一步地，上述超声探头一发双收倾斜入射检测超声应力处理超声信号的方法包括：确定无应力标定时第二超声接收探头接收的超声信号中的临界折射纵波与第一超声接收探头接收的超声信号中的临界折射纵波之间的差值作为标定初始值T0'；确定有应力测试时第二超声接收探头的超声信号中的临界折射纵波与第一超声探头的超声信号中的临界折射纵波之间的差值作为测试值T0；一发双收测量应力时确定无应力标定时临界折射纵波对应的T0'与有应力测试时临界折射纵波对应的T0之间的差值
△
T0= T0'
ꢀ‑
T0，将
△
T0代入超声应力公式：，求出应力值，其中K为声时差系数，可由标定不同应力与声时差对应的斜率获得。
[0014]进一步地，处理超声信号中确定临界折射纵波和/或底面反射的表面波来临时间的方法包括：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的临界折射纵波、以及至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时进行高精度应力和厚度测量的超声无损检测方法，其特征在于，包括：采用一发一收或一发双收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；处理超声信号在不改变超声探头收发形式的条件下同时测量应力和材料厚度。2.如权利要求1所述一种同时进行高精度应力和厚度测量的超声无损检测方法，其特征在于， 所述超声测量厚度处理超声信号的方法包括：确定临界折射纵波信号来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn，将T0、Tn代入超声测厚公式：；所述超声测量应力处理超声信号的方包括：确定无应力标定时临界折射纵波对应的T0'与有应力测试时临界折射纵波对应的T0之间的差值
△
T0= T0'
ꢀ‑
T0，将
△
T0代入超声应力公式： ，求出应力值，其中K为声时差系数，可由标定不同应力与声时差对应的斜率获得；所述测厚公式在已知工件材料准确厚度H的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:；其中，超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：
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；其中，H为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； V为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；其中，Tn
‑
T0可精确到纳秒级别，所以H测厚也可精确到纳米级别。3.如权利要求1所述的一种同时进行高精度应力和厚度测量的超声无损检测方法，其特征在于：所述超声发射探头和超声接收探头以特定的角度固定在连接件上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角θ≤第一临界角；所述处理超声信号包括确定超声信号中临界折射纵波和/或底面反射的表面波来临时间的方法：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的临界折射纵波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定临界折射纵波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为是波形来临时对应的时间；所述不改变超声探头收发形式的条件下同时测量应力和材料厚度既包括单次（或重复取平均）采集超声信号对应力和厚度同时进行测量、也包括单次（或重复取平均）采集超声信号分别对应力和厚度进行测量；所述不改变超声探头收发形式是指保持超声测厚与超声应力相同的探头收发形式。4.一种超声倾斜入射收发测量材料厚度的方法，其特征在于，包括：采用一发一收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；
处理超声信号测量材料的厚度。5.如权利要求4所述的一种超声倾斜入射收发测量材料厚度的方法，其特征在于：所述测量厚度处理超声信号的方法包括：确定临界折射纵波信号来临时的时间T0和第n个底面发射的表面波信号来临时的时间Tn，将T0、Tn代入超声测厚公式求出厚度： ；其中，超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：
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；其中，所述测厚公式在已知工件材料准确厚度H的条件下可以变化测出超声波在介质中精确的传播速度:；其中，H为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角； V为超声波传播速度，n（n=1，2，3，4...）为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；其中，Tn
‑
T0可精确到纳秒级别，所以H测厚也可精确到纳米级别。6.如权利要求4所述的一种超声倾斜入射收发测量材料厚度的方法，其特征在于：所述超声发射探头和超声接收探头以特定的角度固定在连接件上，使其与材料表面角度为θ，保证超声波的倾斜入射角≤第一临界角；所述处理超声信号包括确定临界折射纵波或底面发射的表面波的方法：采用可移动的竖直游标线、方框、或数值输入或鼠标框选来确定选择要同时分析的临界折射纵波、以及至少一个底面反射的表面波形所处的波形数据段；采用闸门控制方法分析所述波形数据段确定临界折射纵波和表面波对应的波形来临时间；所述闸门控制方法包括采用至少一个可移动的水平游标或峰值比例闸门作为阈值，当波形数据段中的峰强度大于闸门阈值时认为时波形来临时对应的时间。7.一种同时进行高精度应力和厚度测量的超声无损检测装置，其特征在于，包括：屏幕；超声探头模块，采用一发一收或一发双收的形式将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射模块，用于连接超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面；超声接收模块，用于连接超声接收探头接收超声信号；信号处理模块，用于处理超声信号在不...

【专利技术属性】
技术研发人员：周冰，
申请(专利权)人：苏州爱思尔提科技有限公司，
类型：发明
国别省市：