阅读说明：本技术 一种用于测量高温下表面波声速的系统及方法 (System and method for measuring sound velocity of surface wave at high temperature ) 是由 吕一楠 张红军 寇媛媛 孟永乐 朱婷 孙璞杰 李佼佼 薛开封 于 2020-07-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于测量高温下表面波声速的系统及方法,包括试块、温控箱、超声波换能器、超声模块及示波器,试块上开设有线槽,试块的左侧位于温控箱内,超声波换能器位于试块右端的侧面上,且线槽位于温控箱内,超声模块与示波器及超声波换能器相连接,该系统及方法能够较为准确的测量高温下表面波的声速。(The invention discloses a system and a method for measuring sound velocity of surface waves at high temperature, which comprises a test block, a temperature control box, an ultrasonic transducer, an ultrasonic module and an oscilloscope, wherein the test block is provided with a wire groove, the left side of the test block is positioned in the temperature control box, the ultrasonic transducer is positioned on the side surface of the right end of the test block, the wire groove is positioned in the temperature control box, and the ultrasonic module is connected with the oscilloscope and the ultrasonic transducer.)

一种用于测量高温下表面波声速的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种测量声速的系统及方法，具体涉及一种用于测量高温下表面波声速的系统及方法。

背景技术

超声检测是常规无损检测的主要方法之一，由于其具有灵敏度高、设备轻巧、操作方便、检测效率高等优点，已广泛应用于机械、电力、石化等行业。超声检测根据利用的波型不同，可分为横波、纵波、表面波、板波等，不同波型在相同介质中的传播速度也是不同的，且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，实验测试不多，高温下声速测量在国内外文献中都不多见。

表面波是超声波在介质中传播的一种型式，它沿介质表面传播，常用于发现表面及近表面的缺陷。在常温下，可通过接触式的方法测量表面波的声速，而在高温下测量声速将面临超声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。鉴于此，需要开发一种测量高温下表面波声速的系统及方法，以期为实现高温下表面波在线检测提供参考和依据。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种用于测量高温下表面波声速的系统及方法，该系统及方法能够较为准确的测量高温下表面波的声速。

为达到上述目的，本发明所述的用于测量高温下表面波声速的系统包括试块、温控箱、超声波换能器、超声模块及示波器，试块上开设有线槽，试块的左侧位于温控箱内，超声波换能器位于试块右端的侧面上，且线槽位于温控箱内，超声模块与示波器及超声波换能器相连接。

线槽与试块的左端面之间的距离为300mm。

线槽的宽度为0.2mm，线槽的深度为10mm，线槽的长度为50mm。

线槽沿周向分布。

试块为长方体结构，试块的长度、长度及高度分别为100mm、1000mm及10mm。

超声波换能器与试块之间设置耦合剂层。

本发明所述的用于测量高温下表面波声速的方法包括以下步骤：

通过温控箱将试块的左侧加热至预设温度下，并保持在该预设温度下，同时使得试块右端面上的温度小于50℃，超声模块产生电信号，并将所述电信号发送至超声波换能器中，超声波换能器将所述电信号转换为表面波，该表面波经线槽及试块的左端面时均产生回波，所述回波经超声波换能器转换为回波信号，超声模块接收所述回波信号，并通过示波器显示所述回波信号，同时通过示波器测量线槽对应的回波信号与试块左端面对应的回波信号之间的时间差，并根据所述时间差及线槽与试块左端面之间的距离计算在该预设温度下表面波的声速。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的用于测量高温下表面波声速的系统及方法在具体操作时，通过温控箱将试块的左侧加热至预设温度下，并保持在该预设温度下，表面波经线槽及试块的左端面时均产生回波，所述回波经超声波换能器转换为回波信号，超声模块接收所述回波信号，通过示波器测量线槽对应的回波信号与试块左端面对应的回波信号之间的时间差，并根据所述时间差及线槽与试块左端面之间的距离计算在该预设温度下表面波的声速，测量结果准确，可操作性强。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中试块2的正视图；

图3为本发明中试块2的俯视图。

其中，1为温控箱、2为试块、3为超声波换能器、4为超声模块、5为示波器、6为线槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参考图1至图3，本发明所述的用于测量高温下表面波声速的系统包括试块2、温控箱1、超声波换能器3、超声模块4及示波器5，试块2上开设有线槽6，试块2的左侧位于温控箱1内，超声波换能器3位于试块2右端的侧面上，且线槽6位于温控箱1内，超声模块4与示波器5及超声波换能器3相连接。

线槽6与试块2的左端面之间的距离为300mm；线槽6的宽度为0.2mm，线槽6的深度为10mm，线槽6的长度为50mm；线槽6沿周向分布；试块2为长方体结构，试块2的长度、长度及高度分别为100mm、1000mm及10mm；超声波换能器3与试块2之间设置耦合剂层。

本发明所述的用于测量高温下表面波声速的方法包括以下步骤：

通过温控箱1将试块2的左侧加热至预设温度下，并保持在该预设温度下，同时使得试块2右端面上的温度小于50℃，超声模块4产生电信号，并将所述电信号发送至超声波换能器3中，超声波换能器3将所述电信号转换为表面波，该表面波经线槽6及试块2的左端面时均产生回波，所述回波经超声波换能器3转换为回波信号，超声模块4接收所述回波信号，并通过示波器5显示所述回波信号，同时通过示波器5测量线槽6对应的回波信号与试块2左端面对应的回波信号之间的时间差，并根据所述时间差及线槽6与试块2左端面之间的距离计算在该预设温度下表面波的声速。

某一温度下线槽6回波的传播时间为t₁，试块2左端面回波的传播时间为t₂，线槽6回波与试块2左端面回波之间的时间差Δt＝t₂-t₁，试块2在预设温度下的线膨胀系数为α，线槽6到试块2左端面之间的线膨胀量Δl＝300×α，表面波在线槽6到左端面区域传播的总距离l＝2×(300+Δl)，则表面波在预设温度下的声速c_t＝l/Δt。

需要说明的是，耦合剂层及超声波换能器3均没有在温控箱1内，避免耦合剂的耐受性问题，同时避免超声波换能器3在高温环境时会大幅度降低回波灵敏度的问题。