[发明专利]超声波传感器和故障检测装置

说明书

本申请提供了一种超声波传感器和故障检测装置，用于检测待检测物，超声波传感器包括至少一个压电单元，压电单元设置在所待检测物的轴向侧，压电单元包括第一段和第二段，第一段为椭圆形，第二段与第一段处于同一平面内，第二段与第一段相接，且呈尖角向远离第一段的一侧凸起，以使压电单元沿第一方向发射波束对待检测物靠近超声波传感器的一段进行检测，并使压电单元沿第二方向发射波束对待检测物远离超声波传感器的一段进行检测。通过设置压电单元为特定形状，以使压电单元被非均匀激发，并形成偏心扇形超声波声场，实现沿两个方向朝向待检测物发射波束，在不拆卸和解体设备的情况下对待检测物进行检测，检测操作更为简单便捷，提高了工作效率。

技术领域

本申请属于传感器技术领域，具体涉及一种超声波传感器和故障检测装置。

背景技术

在水力发电机组运行过程中，存在其水轮机顶盖螺栓发生疲劳损伤而断裂的情况，从而引发了“水淹厂房”的事故，通常采用超声波传感器对螺栓内部疲劳裂纹的进行检测，常规的超声波传感器检测螺栓损伤时只能朝向螺栓的中轴线方向发射一个主波束，由于螺栓长度较长，其波束在螺栓内部的传播路径有限，只能对螺栓靠近超声波传感器的一段进行检测，导致螺栓远离超声波传感器的一段的疲劳裂纹检测效果不明显。

通常需要将螺栓解体拆出，分别从其两个端面进行检测，才能保证螺栓内部的疲劳裂纹全部检测出来，而水轮机顶盖螺栓只有在机组大修(15年～30年)期间才能解体拆出，螺栓在运行过中长期不能拆出，常规的超声检测传感器无法对螺栓疲劳裂纹可靠的检出。因此，亟需一种传感器，能够在螺栓不同的方向发射多个主波束，实现在不解体水轮机的情况下，可靠的检测出其螺栓内部的疲劳裂纹。

发明内容

因此，本申请要解决的技术问题在于提供一种超声波传感器和故障检测装置，其中超声波传感器能够沿两个方向朝向待检测物发射波束，实现在不拆卸和解体设备的情况下对待检测物进行检测，以使检测结果更加可靠，并提高了工作效率。

为了解决上述问题，本申请提供了一种超声波传感器，用于检测待检测物，所述超声波传感器包括至少一个压电单元，所述压电单元设置在所待检测物的轴向侧，所述压电单元包括第一段和第二段，所述第一段为椭圆形，所述第二段与所述第一段处于同一平面内，所述第二段与所述第一段相接，且呈尖角向远离所述第一段的一侧凸起，以使所述压电单元沿第一方向发射波束对所述待检测物靠近所述超声波传感器的一段进行检测，并使所述压电单元沿第二方向发射波束对所述待检测物远离所述超声波传感器的一段进行检测。

可选的，所述第一方向为待检测物的轴线方向，所述第二方向为朝向所述待检测物的外周壁且与所述第一方向呈角度a的方向，6°≤a≤12°。

可选的，所述压电单元的第一段位于所述第二段远离所述待检测物中轴线的一侧，所述第一段所呈椭圆形的长轴与所述第二段的角分线垂直。

可选的，所述压电单元的第二段的尖端朝向所述待检测物的中轴线设置。

可选的，所述压电单元的第二段的尖端角度为b，40°≤b≤60°；

所述压电单元的第一段所呈椭圆形的长轴长度为L1，短轴长度为L2，所述长轴长度L1与所述短轴长度L2之比为(2.4～2.6)：1；

所述压电单元的第一段与所述第二段相接处的长度为L3，22mm≤L3≤33mm；

所述压电单元1的第一段与所述第二段排布方向上的最大长度为L4，28mm≤L4≤42mm；

所述压电单元的厚度为L5，90μm≤L5≤110μm。

可选的，所述压电单元设置多个，多个所述压电单元沿所述待检测物的中轴线的周向均匀布置。

可选的，所述压电单元设置四个，四个所述压电单元沿所述待检测物的中轴线的周向对称布置。