[发明专利]一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法在审

专利信息
申请号: 201911283086.2 申请日: 2019-12-13
公开(公告)号: CN111077225A 公开(公告)日: 2020-04-28
发明(设计)人: 戚社苗;田桂斌;李猛;刘恒;刘意;梅凯路 申请(专利权)人: 西安交通大学
主分类号: G01N29/30 分类号: G01N29/30;G01N29/265
代理公司: 西安通大专利代理有限责任公司 61200 代理人: 闵岳峰
地址: 710049 *** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 聚焦 超声 探头 实际 工作 直径 测量方法
【说明书】:

发明公开了一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法,该方法实现了对于不同工况下聚焦超声探头聚焦直径的测量。该方法通过测量一个边界明显的界面,一边为钢‑空气接触,一边为钢‑空气‑钢接触,并在该界面上施加一定的载荷,移动聚焦超声探头,使得聚焦超声探头经过接触边缘区域,根据聚焦超声探头移动过程中超声反射率的变化情况,从而判断聚焦超声探头聚焦直径的大小。本发明能够测量聚焦超声探头在特定工况下对应的聚焦直径,显著提高了利用聚焦超声探头进行试验的准确性。

技术领域

本发明属于无损探伤技术领域,具体涉及一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法。

背景技术

无损检测由于具有不影响或不损害被测试件性能的特点,广泛应用到现代工业中,超声检测是一种常用的无损检测方法,为适应不同的测试环境,现有的超声探头种类繁多。由于聚焦超声探头能够将声束聚焦到一个很小的区域,因此聚焦超声探头常用于检测微小缺陷或者具有微小变化的测试环境中。而探头聚焦直径是判断探头能否胜任某种特定测试环境的一个重要参数,聚焦直径主要由探头中心频率、介质类型、环境温度等因素影响,测试工况不同,探头聚焦直径也会发生变化,因此获得特定工况下聚焦超声探头聚焦直径是十分必要的。然而,由于聚焦超声探头聚焦直径小且测量困难,大多数学者在应用聚焦超声探头时都是通过理论计算得到的探头聚焦直径进行后续试验研究,由于理论计算与实际情况下存在一定差距,再加上聚焦直径本来就小,从而造成试验结果误差相对较大。因此,获得特定试验工况下探头真实聚焦直径能够显著提高试验精度,使得试验结果更具有参考价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法,该方法通过测量一个边界明显的界面,本发明本例中一边为钢和空气接触,一边为钢-空气-钢接触,并在该界面上施加一定的载荷,移动聚焦超声探头,使得聚焦超声探头经过接触边缘区域,根据聚焦超声探头移动过程中超声反射率的变化情况,从而判断探头聚焦直径的大小。

本发明采用如下技术方案来实现的:

一种用于聚焦超声探头实际工作中聚焦直径的测量方法,包括以下步骤:

(1)聚焦超声探头选择、安装及调节

任意选择一种聚焦超声探头型号,聚焦超声探头在介质中由于透镜聚焦并不是聚焦成一个点,而是形成一定长度的聚焦焦柱,根据点聚焦超声探头相关理论,焦柱直径计算如下:

式中,c表示超声波在水中的传播速度,Φ表示焦柱直径,Lj表示焦柱长度,D表示晶片直径,F表示焦距;

将聚焦超声探头放在试块上方,通过多自由度调节平台调节聚焦超声探头位置,先通过理论公式计算大概聚焦位置,然后通过多自由度平台调节聚焦超声探头上下距离以及角度,使得聚焦超声探头聚焦在接触界面处;

(2)聚焦直径试验测量与超声反射回波信号的采集

利用多自由度调节平台移动聚焦超声探头,使其经过两个反射率发生明显变化的界面,选择钢-空气界面或钢-空气-钢界面,根据实际情况每次移动合适的距离,测量并记录边界附近界面的超声反射回波;测量过程中,首先需要保证聚焦超声探头的聚焦位置位于钢-空气界面或者钢-空气-钢的界面上;

(3)聚焦超声探头聚焦直径的获得

在实际情况下,由于聚焦超声探头聚焦区域的存在及其平均作用,在分界面附近必然存在过渡区域;在过渡区域内,聚焦区域一部分在钢-空气界面上,反射率较大,而另一部分在钢-空气-钢界面上,反射率较小,而聚焦区域完全在钢-空气界面和完全在钢-空气-钢界面时,反射率基本保持不变,因此聚焦超声探头聚焦区域直径等于聚焦超声探头刚刚由钢-空气界面进入钢-空气-钢界面到刚刚完全出钢-空气-钢界面,也就是经过过渡区域聚焦超声探头所移动的距离;设n为过渡区域总测量点数,且包括两个边界点,dis为测量点间距,则聚焦区域直径为:

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