阅读说明：本技术 一种平面楔块超声表面波探头性能参数测定方法及装置 (Method and device for measuring performance parameters of planar wedge ultrasonic surface wave probe ) 是由 侯召堂 殷尊 孟永乐 孙璞杰 林琳 朱婷 吕一楠 高延忠 高磊 郑坊平 于 2021-07-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种平面楔块超声表面波探头性能参数测定方法及系统,属于超声检测技术领域。通过第一夹具和第二夹具将平面楔块超声表面波探头固定后,通过平移机构就能实现平面楔块超声表面波探头的相对水平移动,当位置调整好后,再通过锁紧装置就能将两者锁定,进行后续相关操作,避免位置的改变影响测定结果。本发明在不需要试块条件下,采用两个性能参数相同的平面楔块超声表面波探头就能够获得探头的相关参数。该方法操作简便,不依赖于操作者的经验和技能水平,具有良好的适用性；且测定结果精确,不需要根据探头的型号准备相应的试块,减少了试块的购置成本,且适应性好。(The invention discloses a method and a system for measuring performance parameters of a planar wedge ultrasonic surface wave probe, and belongs to the technical field of ultrasonic detection. After the planar wedge ultrasonic surface wave probe is fixed through the first clamp and the second clamp, the relative horizontal movement of the planar wedge ultrasonic surface wave probe can be realized through the translation mechanism, after the position is adjusted, the planar wedge ultrasonic surface wave probe and the locking device can be locked through the locking device, subsequent related operations are carried out, and the influence of the change of the position on a measurement result is avoided. According to the invention, under the condition of no test block, the related parameters of the probe can be obtained by adopting two planar wedge ultrasonic surface wave probes with the same performance parameters. The method is simple and convenient to operate, does not depend on the experience and skill level of an operator, and has good applicability; and the measuring result is accurate, a corresponding test block does not need to be prepared according to the type of the probe, the purchase cost of the test block is reduced, and the adaptability is good.)

一种平面楔块超声表面波探头性能参数测定方法及装置

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，具体涉及一种平面楔块超声表面波探头性能参数测定方法及装置。

背景技术

当介质表面受到交变应力作用时，产生沿介质表面传播的波，称为超声表面波。超声表面波使固体表面质点产生的复合振动轨迹是绕其平衡位置的椭圆，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向。质点振幅的大小与材料的弹性及超声表面波的渗透深度有关，其振动能量随深度增加而迅速减弱。当超声表面波的渗透深度在接近一个波长时，质点的振幅已经很小了。当超声表面波在传播途中碰到棱边时，若棱边曲率半径R大于5倍波长，超声表面波可不受阻拦的完全通过。当R逐渐变小时，部分超声表面波能量被棱边反射。当R小于等于波长时，反射能量很大。在超声检测中利用这种反射特性来检测工件表面和近表面的缺陷。基于此原理，超声表面波可用于检测工件表面缺陷。例如，平坦形工件、弹簧、圆筒形工件、汽轮机转子R圆弧、叶片的表面缺陷检测。

在金属表面缺陷检测中，超声表面波的产生多来自于纵波波型变换。倾斜入射至界面上的纵波，当楔块内入射角大于第二临界角α_Ⅱ时，在被检工件中既无纵波，也无横波，而是在楔块与工件的界面上出现超声表面波，产生的入射角α应满足以下公式

其中，C_L1表示楔块的纵波声速。C_S2表示工件的横波声速。

在常规超声斜探头的超声检测中，为了对缺陷精确定位，必须借助标准试块或对比试块对斜探头的入射点、K值、零位、前沿进行精确测定。然而，表面波探头属于特殊类型的斜探头，特点是K值为∞。与常规斜探头不同，常规超声斜探头激发的声波在工件内部传播，其入射点、零位、前沿可通过试块测定出来。但是超声表面波探头激发的表面波在工件表面传播，目前表面波探头理论入射点、零位、前沿无法通过试块测定出来。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种平面楔块超声表面波探头性能参数测定方法及装置，操作简便，在不需要试块条件下，采用两个性能参数相同的平面楔块超声表面波探头就能够获得探头的相关参数。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种平面楔块超声表面波探头性能参数测定方法，包括：

将两个性能参数相同的平面楔块超声表面波探头中心对称放置并耦合，两个平面楔块超声表面波探头分别与超声检测仪器的发射接口和接收接口连接，超声检测仪器设置为双晶模式，通过超声检测仪器获得两个平面楔块超声表面波探头的直射波信号，水平调整两个平面楔块超声表面波探头的相对位置，直至直射波信号幅值达到最高；

测量两个平面楔块超声表面波探头平面楔块的重叠区域长度，入射点位于重叠区域长度的中点，前沿长度为重叠区域长度的一半，零位为直射波信号传播时间的一半。

优选地，性能参数包括中心频率、带宽、电阻抗、相对脉冲回波灵敏度、晶片材质、晶片尺寸、晶片形状、平面楔块材质、平面楔块尺寸、平面楔块形状和探头外壳尺寸。

本发明公开了一种平面楔块超声表面波探头性能参数测定装置，包括支座、第一固定支架和第二固定支架；第一固定支架和第二固定支架分别通过平移机构与支座连接，并能够在支座上进行水平移动；第一固定支架与支座之间、第二固定支架与支座之间均分别设有锁紧装置；第一固定支架上连接有第一夹具，第二固定支架上连接有第二夹具。

优选地，第一固定支架包括伸缩杆，伸缩杆与平移机构连接，并且伸缩杆的端部与第一夹具铰接；第二固定支架包括伸缩杆，伸缩杆与平移机构连接，并且伸缩杆的端部与第二夹具铰接。

进一步优选地，伸缩杆上设有长度标识，第一夹具和第二夹具上设有角度标识。

优选地，平移机构为滑块滑轨机构，滑轨与支座固定连接，第一固定支架和第二固定支架分别与两个滑块连接，两个滑块与滑轨连接。

优选地，平移机构为滚珠丝杠机构，丝杠副与支座固定连接，第一固定支架和第二固定支架分别与两个螺母副连接，两个螺母副与丝杠副连接。

优选地，第一夹具和第二夹具上均设有弹性隔层。

优选地，支座上部连接有手柄。

优选地，支座底部设有若干滑轮，滑轮连接有锁紧装置。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的平面楔块超声表面波探头性能参数测定方法，在不需要试块条件下，采用两个性能参数相同的平面楔块超声表面波探头，通过超声检测仪器获得两个平面楔块超声表面波探头的直射波信号，水平调整两个平面楔块超声表面波探头的相对位置，直至直射波信号幅值达到最高后，就能够获得探头的相关参数。该方法操作简便，测定结果精确，不需要根据探头的型号准备相应的试块，减少了试块的购置成本，且适应性好。

本发明公开的平面楔块超声表面波探头性能参数测定装置，通过第一夹具和第二夹具将平面楔块超声表面波探头固定后，通过平移机构就能实现平面楔块超声表面波探头的相对水平移动，当位置调整好后，再通过锁紧装置就能将两者锁定，进行后续相关操作，避免位置的改变影响测定结果。该装置结构设计合理，操作简便，能够精确地测定平面楔块超声表面波探头的相关参数，不依赖于操作者的经验和技能水平，具有良好的适用性。

进一步地，通过伸缩杆能够方便调整两个平面楔块超声表面波探头在竖直方向上的位置，第一夹具和第二夹具分别与伸缩杆铰接，方便调整两个平面楔块超声表面波探头角度，实现两个平面楔块超声表面波探头位置的快速调整，提高操作效率。

更进一步地，伸缩杆的长度标识以及第一夹具和第二夹具的角度标识能够进一步提高操作效率。

进一步地，平移机构采用滑块滑轨机构，结构简单，操作简便。

进一步地，平移机构采用滚珠丝杠机构，水平位移调整精度高，且操作简便。

进一步地，第一夹具和第二夹具上均设有弹性隔层，一方面能够适应不同外形的探头，起到良好的固定作用；另一方面能够避免对探头造成损伤。

进一步地，支座上部连接有手柄，能够在操作时稳定装置。

进一步地，支座底部设有滑轮，能够方便移动，在移动到位后能够通过锁紧装置进行锁定，避免滑动影响操作。

附图说明

图1为本发明的平面楔块超声表面波探头性能参数测定方法的整体示意图；

图2为本发明的平面楔块超声表面波探头性能参数测定装置的整体结构示意图；

图3为两平面楔块超声表面波探头直射波示意图。

图中，1为平面楔块超声表面波探头，2为超声检测仪器，3为信号线，4 为平面楔块超声表面波探头性能参数测定装置；4-1为支座，4-2-1为第一固定支架，4-2-2为第二固定支架，4-3为手柄，4-4为滑轮，4-5-1为第一夹具，4-5-2 为第二夹具。

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的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图2，为本发明的平面楔块超声表面波探头性能参数测定系统的整体结构示意图，包括支座4-1、第一固定支架4-2-1和第二固定支架4-2-2；第一固定支架4-2-1和第二固定支架4-2-2分别通过平移机构与支座4-1连接，并能够在支座4-1上进行水平移动；第一固定支架4-2-1与支座4-1之间、第二固定支架4-2-2与支座4-1之间均分别设有锁紧装置；第一固定支架4-2-1上连接有第一夹具4-5-1，第二固定支架4-2-2上连接有第二夹具4-5-2。

在本发明的一个较优的实施例中，支座4-1上部连接有手柄4-3，手柄4-3 上设有防滑抓握部；支座4-1底部设有若干滑轮4-4，滑轮4-4连接有锁紧装置。

在本发明的一个较优的实施例中，第一固定支架4-2-1包括伸缩杆，伸缩杆与平移机构连接，并且伸缩杆的端部与第一夹具4-5-1铰接；第二固定支架 4-2-2包括伸缩杆，伸缩杆与平移机构连接，并且伸缩杆的端部与第二夹具4-5-2 铰接，并且铰接机构上设有锁定装置。优选地，伸缩杆上设有长度标识，第一夹具4-5-1和第二夹具4-5-2上设有角度标识。

在本发明的一个实施例中，平移机构采用滑块滑轨机构，滑轨与支座4-1 固定连接，第一固定支架4-2-1和第二固定支架4-2-2分别与两个滑块连接，两个滑块与滑轨连接。

在本发明的一个实施例中，平移机构为滚珠丝杠机构，丝杠副与支座4-1 固定连接，第一固定支架4-2-1和第二固定支架4-2-2分别与两个螺母副连接，两个螺母副与丝杠副连接。

在本发明的一个较优的实施例中，第一夹具4-5-1和第二夹具4-5-2上均设有弹性隔层，弹性隔层的材质可以采用尼龙、橡胶等，并且弹性隔层可以做成可拆卸的结构，在磨损较大时可以及时更换。

采用上述平面楔块超声表面波探头性能参数测定系统进行平面楔块超声表面波探头性能参数测定时：

将两个参数相同的平面楔块超声表面波探头1装配到平面楔块超声表面波探头性能参数测定装置4上，两探头在底面上中心对称放置并声耦合良好时，超声检测仪器2上显示的最高幅值直射波，其纵波路径经过入射点。基于此，参考图1，测定方法包括以下步骤：

平面楔块超声表面波探头1的性能参数包括中心频率、带宽、电阻抗、相对脉冲回波灵敏度、晶片材质、晶片尺寸、晶片形状、平面楔块材质、平面楔块尺寸、平面楔块形状、探头外壳尺寸，两个平面楔块超声表面波探头1的参数均相同。

超声检测仪器2设置为双晶模式，一个平面楔块超声表面波探头1通过信号线3接超声检测仪器2的发射接口，另一个平面楔块超声表面波探头1通过信号线3接超声检测仪器2的接收接口。

将两个参数相同的平面楔块超声表面波探头1装配到平面楔块超声表面波探头性能参数测定装置4上，具体地，两个平面楔块超声表面波探头1分别通过第一夹具4-5-1和第二夹具4-5-2固定，通过平移机构调整水平位置，通过伸缩杆调整竖直位置，通过第一夹具4-5-1和第二夹具4-5-2调整角度。调整至两探头在底面上中心对称放置并声耦合良好，如图1和图3所示，测定超声检测仪器2设置为双晶模式，晶片A激发纵波经过探头底面重合区域BB＇，入射晶片A＇接收，则在超声检测仪器2上显示直射波信号T。然后调整探头位置使直射波信号T幅值至高大时，直射波必经过入射点。

基于此，通过量尺在探头前端至后端方向上测量出两探头平面楔块的重叠区域BB＇长度，分别将重叠区域BB＇中点O标记在探头外壳上，即标记处为平面楔块超声表面波探头的入射点。

通过量尺在探头前端至后端方向上测量出两探头平面楔块的重叠区域 BB＇距离，即前沿长度为两探头重叠区域长度的一半。

通过超声波检测仪器2测算出两个平面楔块超声表面波探头1的直射波信号对应时间t，即平面楔块超声表面波探头1零位为直射波信号对应时间t的一半。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。