一种用于测量高温下纵波声速的装置及方法

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纵波声速的装置及方法。

背景技术

超声检测是常规无损检测的主要方法之一，它具有灵敏度高、检测效率高、成本低和对人体无害等一系列优点，其应用范围十分广泛。超声检测通常是在常温下采用接触式的方法进行的，通过对回波信号的分析来判断工件内部缺陷的特征。随着超声检测技术的不断成熟，对高温设备进行在线检测和监控是今后重要的发展方向。声速是超声检测中的一项重要参数，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，高温下声速测量在国内外文献中都不多见。

纵波是超声波在介质中传播的一种型式，当它在介质中传播时，质点的振动方向与波的传播方向相同。任何弹性介质在体积变化时都能产生弹性力，所以纵波可以在任何弹性介质中传播，由于纵波的发生与接收都比较容易，因而在工业探伤中得到了广泛应用。常温下的纵波声速较为容易测得，但在高温环境下采用常规接触法测量时，超声波换能器回波衰减十分严重，且耦合剂会挥发或发生化学反应，使得测量精确度受到影响。

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纵波声速的装置及方法，能够准确测量高温下纵波的声速。

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纵波声速的装置，包括加热装置、纵波声速测量试块和超声波纵波检测系统；

纵波声速测量试块的一端为加热端，另一端为检测端；加热端为台阶结构，检测端的端面与台阶结构的台阶面平行，加热端与加热装置连接，检测端的端面通过耦合剂层与超声波纵波检测系统连接。

优选地，加热装置为恒温箱。

优选地，台阶结构为二阶台阶。

优选地，纵波声速测量试块的长度为1000～1200mm，加热端的长度为纵波声速测量试块总长度的1/4。

优选地，超声波纵波检测系统包括超声纵波换能器、超声模块和示波器，超声纵波换能器通过耦合剂层与纵波声速测量试块检测端的端面连接，超声纵波换能器与超声模块连接，超声模块与示波器连接。

优选地，纵波声速测量试块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纵波声速的装置进行纵波声速测量的方法，包括：

通过加热装置将纵波声速测量试块的台阶结构加热至预设温度，并保持恒温，同时使得纵波声速测量试块检测端的温度小于检测温度，超声波纵波检测系统发射的纵波在传播至纵波声速测量试块加热端的台阶结构的两个端面时产生两个反射回波，两个反射回波经超超声波纵波检测系统转换为两个反射回波信号，移动超声波纵波检测系统找到两个回波信号波幅最高的位置，通过超声波纵波检测系统测量两个波幅最高反射回波信号之间的时间差，然后根据时间差及纵波声速测量试块上台阶状结构中两端面之间的距离计算在该预设温度下纵波的声速。

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：

本发明公开的一种用于测量高温下纵波声速的装置，采用加热装置对纵波声速测量试块的台阶结构加热至预设温度，超声波纵波检测系统发射的纵波在传播至纵波声速测量试块加热端的台阶结构的两个端面时产生两个反射回波，通过超声波纵波检测系统测量两个波幅最高反射回波信号之间的时间差，然后根据时间差及纵波声速测量试块上台阶状结构中两端面之间的距离，就能计算出在该预设温度下纵波的声速。由于纵波声速测量试块具有一定长度，台阶结构的一端被加热至预设的高温时，检测端的温度也能够满足常温检测的需要，采用常温下的超声波纵波检测系统和耦合剂即可完成不同预设温度下的纵波声速测量；可操作性强，测量结果准确。

进一步地，加热装置采用恒温箱，操作简便。

进一步地，加热端的长度为纵波声速测量试块总长度的纵波声速测量试块的长度为1000～1200mm，加热端的长度为纵波声速测量试块总长度的1/4，能够保证加热端温度达到预设高温的同时，检测端的温度也能够满足常温检测的需要。

进一步地，纵波声速测量试块的检测端和加热端分别设有温度检测装置，能够实时监测检测端和加热端的温度数值，保证加热端温度满足测量要求，为加热装置的温控提供数据，并且保证检测端的温度能够满足要求，保证回波的灵敏度。

本发明公开的采用上述用于测量高温下纵波声速的装置进行声速测量的方法，能够较为准确的测量高温下纵波的声速，可操作性强。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为纵波声速测量试块的整体结构示意图。

图中：1-加热装置，2-纵波声速测量试块，3-超声纵波换能器，4-超声模块，5-示波器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：

如图1，本发明的用于测量高温下纵波声速的装置，包括加热装置1、纵波声速测量试块2和超声波纵波检测系统；纵波声速测量试块2的一端为加热端，另一端为检测端；加热端为台阶结构，如二阶台阶；检测端的端面与台阶结构的台阶面平行，加热端与加热装置1连接。超声波纵波检测系统包括超声纵波换能器3、超声模块4和示波器5，超声纵波换能器3通过耦合剂层与纵波声速测量试块2检测端的端面连接，超声纵波换能器3与超声模块4连接，超声模块4与示波器5连接。

加热装置1优选恒温箱。

在本发明的一个较优的实施例中，纵波声速测量试块2的长度为1000～1200mm，加热端的长度为纵波声速测量试块2总长度的1/4。

在本发明的一个较优的实施例中，纵波声速测量试块2的检测端和加热端分别设有温度检测装置。

由于耦合剂层及超声纵波换能器3均没有在加热装置1内，避免耦合剂的耐受性问题，同时避免超声纵波换能器3在高温环境时会大幅度降低回波灵敏度的问题。

采用上述用于测量高温下纵波声速的装置进行纵波声速测量的方法：

通过恒温箱1将加热端的台阶状结构加热到预设温度，并保持恒温，同时使得纵波声速测量试块2检测端的温度小于50℃，超声模块4产生的电信号发送至超声波纵波换能器3中，超声波纵波换能器3将电信号转换为纵波，该纵波经纵波声速测量试块2内部传播至台阶结构处经反射后形成两个回波，两个回波经超声波纵波换能器3转换为两个回波信号，超声模块4接收两个回波信号，移动超声波纵波换能器3找到两个回波信号波幅最高的位置，示波器5测量两个波幅最高回波信号之间的时间差，并根据两个回波信号之间的差及台阶结构中两个阶梯端面之间的距离计算该预设温度下纵波的声速。

在本发明的一个具体的实施例中：

如图2，某一预设温度下纵波声速测量试块2上台阶状结构的两个端面回波的传播时间分别为t

需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。