[发明专利]一种平面应力检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种平面应力检测装置，其特征在于，包括：

基座，其具有贯穿其中的圆形安装部，所述安装部周围设置有角度刻度盘；

角度调节装置，其安装在所述安装部中并能够相对于所述基座旋转，所述角度调节装置包括：本体，所述本体具有朝向待测对象的第一侧、背对所述待测对象的第二侧、连接所述第一侧和所述第二侧的与所述安装部的圆形内壁形状配合的相对的弧形面以及与所述弧形面相邻的侧面；其中，所述本体设置有与所述刻度盘配合的刻度线；所述第二侧上设置有相对于所述安装部圆心对称的超声波发射探头安装凹部和超声波接收探头安装凹部；所述本体内部设置有相对于所述安装部圆心对称的第一换能器型腔和第二换能器型腔；所述侧面设置有所述本体侧部的第一角度调节装置和第二角度调节装置；

超声波发射换能器和超声波接收换能器，其分别设置于所述第一换能器型腔和所述第二换能器型腔中；以及

固定装置，其设置于所述基座上，用于将所述基座固定在待测对象的平面。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述基座设置有贯穿其中的螺纹孔和与所述螺纹孔连通的吸盘容纳部，所述吸盘容纳部朝向所述待测对象的表面，所述螺纹孔远离所述待测对象的表面，

所述固定装置包括：旋转拧头，其一端设置有吸盘，其另一端设置有拧合件，所述吸盘和所述拧合件之间设置有与所述螺纹孔配合的螺纹，在所述固定装置与所述基座连接时，所述吸盘位于所述吸盘容纳部中，所述拧合件位于所述第二侧。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超声波发射换能器能够激发不同频率的超声波，其激发的频率范围为1-10MHz。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一侧上设置有分别与所述第一换能器型腔和所述第二换能器型腔对应的第一凸起和第二凸起，所述第一凸起和所述第二凸起与所述待测对象表面接触。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一凸起和所述第二凸起的表面粗糙度小于或等于Ra1.6。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一换能器型腔和第二换能器型腔内设置有耦合液，所述耦合液包括甘油。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一侧设置有耦合剂，所述耦合剂包括：甘油和/或水。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：便携式工控机、超声波应力检测激发探头、超声波应力检测接收探头以及超声信号数据采集模块，

其中，所述超声波应力检测激发探头的一端螺纹连接至所述超声波激发探头安装凹部，其另一端连接至所述便携式工控机；

所述超声波应力检测接收探头的一端螺纹连接至所述超声波接收探头安装凹部，其另一端通过所述超声信号数据采集模块连接至所述便携式工控机，所述超声信号数据采集模块用于进行滤波和信号放大，并将预处理的信号发送至所述便携式工控机。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述便携式工控机包括：超声激励模块、回波接收模块和数据处理模块，其中

所述超声激励模块用于激发1-10MHz的中心频率信号；

所述回波接收模块用于获取高分辨率的信号，并将获取的信号发送至所述数据处理模块；

所述数据处理模块用于对获取的信号进行处理，根据获取的信号执行：声时信号插值计算、峰值法计算算法和声时信号互相关算法以及信号平均算法。

10.一种利用如前述权利要求所述的平面应力检测装置进行平面应力检测的方法，其特征在于，包括：

将平面应力检测装置固定于待测对象对应的零应力标定材料，将角度调节装置的本体旋转至第一角度，确定所述待测对象对应的零应力标定材料在第一角度下的临界折射纵波波速v₀和声时t₀；

将平面应力检测装置固定于待测对象，根据以下公式确定待测对象在第一角度下的声时t₁、声时差Δt和应力σ；

Δt＝t₁-t₀

σ＝KΔt

其中，t₀为零应力标定材料在所述第一角度下的临界折射纵波声时，t₁为被测材料在所述第一角度下的临界折射纵波的声时，Δt为声时差，K为被测材料的声弹性系数；

将角度调节装置的本体旋转至探测角度，将平面应力检测装置固定于待测对象对应的零应力标定材料，确定所述待测对象对应的零应力标定材料在所述探测角度下的临界折射纵波波速v_θ和声时t_θ；

将平面应力检测装置固定于待测对象，根据以下公式确定待测对象在探测角度下的声时t_θ及声时差Δt和应力σ_θ；

其中，K_θ为被测材料在探测角度θ的声弹性系数，t^θ为待测材料在探测角度θ下的声时，为零应力标定材料在探测角度θ下的声时。