[发明专利]一种表面波和板波声速的非接触式测量装置及其方法

说明书

本发明公开了一种表面波和板波声速的非接触式测量装置及其方法，包括发射探头、接收探头、嵌入式系统、前置放大器、信号采集与处理模块、电机驱动装置、扫描架、脉冲发射器和电源；电源分别与扫描架、前置放大器、信号采集与处理模块、电机驱动装置、脉冲发射器及嵌入式系统连接，扫描架分别与嵌入式系统、信号采集与处理模块、电机驱动装置及脉冲发射器连接，发射探头与脉冲发射器连接，接收探头与前置放大器连接，嵌入式系统分别与信号采集与处理模块、电机驱动装置及脉冲发射器连接，前置放大器分别与脉冲放大器及信号采集与处理模块连接，信号采集与处理模块与前置放大器和嵌入式系统连接，电机驱动装置与嵌入式系统连接。

技术领域

本发明涉及超声检测领域，特别涉及一种表面波和板波声速的非接触式测量装置及其方法。

背景技术

超声检测是最常规的无损检测方法之一，由于它具有灵敏度高、穿透力强、指向性好、检测速度快、成本低、设备相对简单、对人体无害等一系列特点，因此在工业领域得到了广泛应用。常规超声检测的方法是接触式，即在超声探头和待测试件之间必须用油、胶体或其他液体作为声耦合剂，这些耦合剂检测后需要清理，通常会影响整套系统工作或使工作场所变得脏乱。用液体或干耦合的一个缺点通常需要人力，难自动化，效率低，而且在同侧面检测时声传播距离的无法精确控制，会大大影响声速的测量精度。同时耦合的好坏会直接影响声信号的首波到达时的读取，也会进一步影响表面波和板波声速的测量精度。另一个缺点是接触式方法有时不适合也不容许液体或干耦合的材料及结构的声速测量，比如高温的工件。

非接触式超声检测手段有激光超声检测、电磁超声检测和空气耦合超声检测。激光超声检测主要用于高熔点金属和陶瓷材料检测。但对热和冲击敏感的材料难以应用；电磁超声检测主要适用于铁磁性材料中；而空气耦合超声检测将周围环境空气作为其声耦合剂，它具有非接触、非侵入、完全无损的特点，能对高温低温工件及不适合用声耦合剂的工件进行检测，已被应用于复合材料、轮胎、混凝土、纺织品、医疗应用等领域，对材料的力学参数与结构损伤进行检测。

空气耦合超声检测可分为异侧检测与同侧检测。在异侧检测中，已有专利提出利用空气耦合超声法测量材料的弹性模量、横波速度等(专利号：ZL201611051177.X；ZL201720742821.1)。在同侧检测的超声波探伤中，表面波与板波相比体波对表面和近表面及薄构件的缺陷较为敏感，因此常被用来检测工件表面和近表面的缺陷，以及用来测定表面裂纹深度等。特别的，当构件的厚度与波长处于同一数量级时即大约只产生于一个波长的构件内，纵波和横波发生耦合，于是固体声波导中形成一种特殊形式的弹性应力波，即为板波。目前，已有专利(专利号：ZL201210141763.9；ZL201210010938.2)和文献提出利用接触式楔块法和水浸法进行表面波和板波的声速测量，但由于耦合与试件尺寸的局限性使其应用范围被约束；且在测量时由于无法准确定位测点间距离或是采用提取首波到达时估算声速，而信号到达时会有一段逐渐增大的过程，无法有效判断首波到达时从而导致实验误差较大。

因此，亟需研究开发一种更为便捷、精确地测量表面波和板波声速的装置和方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种更为便捷、精确地测量表面波和板波声速的装置和方法。

本发明中的一种表面波和板波声速的非接触式测量装置，包括发射探头、接收探头、嵌入式系统、前置放大器、信号采集与处理模块、电机驱动装置、扫描架、脉冲发射器和电源；所述电源分别与扫描架、前置放大器、信号采集与处理模块、电机驱动装置、脉冲发射器及嵌入式系统连接，所述扫描架分别与嵌入式系统、信号采集与处理模块、电机驱动装置及脉冲发射器连接，所述发射探头与脉冲发射器连接，所述接收探头与前置放大器连接，所述嵌入式系统分别与信号采集与处理模块、电机驱动装置及脉冲发射器连接，所述前置放大器分别与脉冲放大器及信号采集与处理模块连接，所述信号采集与处理模块与前置放大器和嵌入式系统连接，所述电机驱动装置与嵌入式系统连接。