[实用新型]一种高精度超声厚度测量装置

说明书

本实用新型提供了一种纳米级的高精度超声测厚装置，包括：采用一发一收的形式分别将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及声速V代入超声测厚公式求出厚度。通过此实用新型，解决现有技术中超声测厚无法与TOFD探伤、超声应力测试采用同样的一发一收的超声探头形式，无法同时进行检测的问题。

技术领域

本实用新型属于无损超声技术检测领域，具体涉及一种超声波测厚装置。

背景技术

目前超声测厚方法是采用超声回波法，利用单个收发一体的超声探头垂直置于材料表面，超声波垂直入射材料表面遇到材料底面后反射回超声信号被超声探头接收，通过测量超声波从发射到接收的传播时间或者测量超声波一次底波与二次底波之间的传播时间来确定被测目标的厚度，具体公式为：传播时间t与超声传播速度V的乘积的一半即为所测材料的厚度。但是这种方法通常采用手持超声探头贴紧材料检测，局限性比较大，精度比较低，精度一般只有0.01mm。

而常见的压力容器或管道的焊缝检测的过程中通常不仅要进行厚度检测，还要进行超声探伤或进行超声应力检测。在超声检测中，TOFD探伤、超声应力测试是对材料的高精度无损检测，他们都是基于一发一收对称倾斜入射材料表面的形式。而测厚与TOFD探伤或超声应力测试是采用不同的超声探头收发形式，无法同时进行；超声检测多个项目时需要采用不同的设备，目前有企业将超声应力设备中集成了超声测厚功能模块，但两者采用的收发探头形式不同，仍需要更换不同的超声探头及形式，测试过程仍然繁琐、造成非常多的不便，目前在公开资料上仍然没有找到有效的解决方案。

实用新型内容

为了解决现有超声测厚仪器只能使用收发一体式超声探头、精度较低，且无法与其他超声探伤、超声应力检测项目同时进行测试，导致操作过程繁琐的问题，本实用新型提供了一种纳米级的高精度超声测厚方法，包括：采用一发一收的形式分别将超声发射探头和超声接收探头以特定角度固定在连接件上；超声发射探头产生超声波倾斜入射材料表面，超声接收探头接收超声信号；确定超声信号中首个表面波信号来临时的时间T0和第n个底面反射的表面波信号来临时的时间Tn；将T0、Tn、n、θ以及声速V代入超声测厚公式求出厚度：其中，H为工件材料的厚度，θ为超声波的倾斜入射角；V为超声波在介质中的传播速度，n(n＝1，2，3，4...)为测量所选用的超声波入射材料后与底面的第n次反射回上表面产生的表面波序号；

其中，该超声测厚公式根据三角函数规律可变换为：

上述超声发射探头连接有超声脉冲信号发生电路、激励电路，用于激励超声发射探头产生超声波；上述超声接收探头连接有超声信号接收电路、模数转换电路、信号处理电路、通信电路，用于采集来自超声接收探头接收的超声信号；上述连接件上包括对称的斜面，斜面上有螺纹孔分别用于固定一发一收形式的超声发射探头和超声接收探头，使其与材料表面呈θ角，连接件上还包括磁铁或吸附结构，用于贴合吸附在材料表面上；图1所示为一发一收形式下超声探头连接示意图。

上述超声探头与材料表面的θ角即超声波在材料中的入射角，其设置满足Snell定律；当所述θ角设置小于第一临界角时，所述超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0为临界折射纵波信号来临时对应的时间T0，所述声速V为超声在材料中的纵波传播速度；当所述θ角设置大于第一临界角时，所述超声信号中首个表面波信号来临时对应的时间T0为直通波横波信号来临时对应的时间，声速V为超声在材料中的横波传播速度。