[发明专利]一种用于测量高温下柱面导波声速的装置及方法

说明书

本发明公开的一种用于测量高温下柱面导波声速的装置及方法，属于声速测量技术领域。包括恒温加热装置、波导杆和超声柱面导波检测系统；波导杆的一端为加热端，另一端为检测端；加热端与恒温加热装置连接，检测端的端面通过耦合剂层与超声柱面导波检测系统连接；加热端开设有环向槽。本发明的结构设计合理，采用常温下的超声柱面导波检测系统和耦合剂即可完成不同预设温度下的柱面导波声速测量；可操作性强，测量结果准确。

技术领域

本发明属于声速测量技术领域，具体涉及一种用于测量高温下柱面导波声速的装置及方法。

背景技术

超声导波技术常应用于管道、棒材、钢索等工件的检测中，由于导波沿传播路径衰减较小，可以沿工件传播非常远的距离，最大达几十米。在工件的一端激励超声导波，接受的信号包含了工件的整体性信息。这种技术的特点是检测距离大，检测效率高，大大节省了检测时间。

超声柱面导波是指超声波在棒状或杆状介质中传播时候，由于受其边界的作用，超声波在边界产生一次或多次反射于投射，各种类型的反射波和投射波相互耦合形成超声柱面导波，并沿着平行于边界的方向前进。柱面导波沿传播路径衰减很小，可以传播非常远的距离，因此常被应用于细杆状金属构件的检测中。

柱面导波的声速是检测过程中的一项重要参数，它对缺陷定位的精确性有很大影响。声速会随着介质的特性、介质的温度等因素的变化而变化，目前温度对声速的影响大多都是基于理论分析，系统的实验测试不多。在常温下，可通过接触式的方法测量柱面导波的声速，而在高温下测量声速将面临超声柱面导波换能器和耦合剂的耐受性问题，换能器在高温环境时会大幅度降低回波的灵敏度，耦合剂则会挥发或与氧气发生化学反应，检测精度较差。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于测量高温下柱面导波声速的装置及方法，能够准确测量高温下柱面导波的声速。

本发明通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种用于测量高温下柱面导波声速的装置，包括恒温加热装置、波导杆和超声柱面导波检测系统；

波导杆的一端为加热端，另一端为检测端；加热端与恒温加热装置连接，检测端的端面通过耦合剂层与超声柱面导波检测系统连接；加热端开设有环向槽。

优选地，恒温加热装置为温控箱。

优选地，波导杆的长度为1000～1200mm，波导杆加热端的长度为波导杆总长度的1/4。

优选地，环向槽的深度为波导杆直径的10％～15％，环向槽的宽度为0.2～0.5mm。

优选地，超声柱面导波检测系统包括超声柱面导波换能器、超声模块和示波器，超声柱面导波换能器通过耦合剂层与波导杆检测端的端面连接，超声柱面导波换能器与超声模块连接，超声模块与示波器连接。

进一步优选地，超声柱面导波换能器位于波导杆检测端的端面中心。

进一步优选地，超声柱面导波换能器为单纵向模态柱面导波换能器。

优选地，波导杆的检测端和加热端分别设有温度检测装置。

本发明公开的采用上述用于测量高温下柱面导波声速的装置进行柱面导波声速测量的方法，包括：

通过恒温加热装置将波导杆的加热端加热至预设温度下，并保持恒温，同时使得波导杆的检测端温度小于检测温度，超声柱面导波检测系统发射的柱面导波传播至环向槽及波导杆加热端端面时均产生回波，回波经超声柱面导波检测系统转换为回波信号，通过测量环向槽对应的回波信号与波导杆加热端端面对应的回波信号之间的时间差，并根据测得的时间差及环向槽与波导杆加热端端面之间的距离计算在该预设温度下柱面导波的声速。

优选地，检测温度为50℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：