專利名稱：通過接觸方式對薄壁管的部件層厚度進(jìn)行高頻超聲測量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對薄壁管的部件層厚度進(jìn)行超聲波測量的方法。此類管例如可用作核燃料的填料管，其壁厚為1mm或更小。在該管的內(nèi)側(cè)或者外側(cè)設(shè)有多層的雙層或者襯層(Linerschicht)。襯層的厚度僅為0.15mm或者更小。
在US 4,918,989中描述了一種確定核燃料填料管襯層厚度的方法，在該方法中超聲波連接通過一個水流經(jīng)路徑(Wasservorlaufstrecke)以浸入式技術(shù)實現(xiàn)。這種方法僅適用于對厚度大于0.4mm的襯層進(jìn)行足夠精確的測量。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種超聲波檢測方法，可適用于對薄壁管的部件層厚度進(jìn)行高精度的測量。
該任務(wù)通過符合權(quán)利要求1的技術(shù)特征的方法解決。其中使用了一個高頻檢測頭(HF-檢測頭)，該檢測頭具有一個平面狀的表面區(qū)域，該表面區(qū)域與一個經(jīng)連接介質(zhì)浸濕的管表面以接觸的方式連接。使用高頻超聲波進(jìn)行測量在原理上是已知的，但是還沒有將超聲波應(yīng)用于確定一個薄壁管的層厚度。目前的連接方式以浸入式技術(shù)或微坑(Pfuetzen)式技術(shù)來實現(xiàn)。在這種連接方式中，使用高頻超聲波，即頻率高于40MHz的超聲波是不可能的，因為水對這種頻率范圍內(nèi)的超聲波的傳導(dǎo)性能很差。在“超聲波檢測”一書中(Springer出版社，柏林，海德堡，1997，239-241頁)描述了檢測管子時所使用的超聲波檢測頭，其中超聲波檢測頭具有與待測管子曲率相同的連接表面。如果使用此類檢測頭完成上述的檢測任務(wù)，為了與待測管的曲面進(jìn)行很好的接觸需要一種相當(dāng)準(zhǔn)確而且花費很高的匹配方式，以避免出現(xiàn)間隙以及由此帶來的干擾回聲信號。當(dāng)使用一個具有平面狀的連接表面的檢測頭，或者當(dāng)使用一個在整體上呈平面狀的檢測頭時，可以避免上述現(xiàn)象。僅在一個很窄的近似矩形的區(qū)域內(nèi)發(fā)射超聲波，通過檢測頭和管表面之間材料的直接接觸構(gòu)成一個表面區(qū)域。在這一區(qū)域外部輻射的超聲波將通過在管外部的曲面上的反射從波程中去除，即在管外部的曲面上徑向向外折射，從而不在檢測頭上產(chǎn)生回聲信號。建議的方法的另一個優(yōu)點是使用同一個或者相同的檢測頭可以對具有不同管徑的管子進(jìn)行測量。而具有曲面連接表面的檢測頭則只能對一確定管徑的管子進(jìn)行測量。而且對于在不同的測量點管子表面的情況不同也將存在問題。在建議的方法中，管子表面的情況不具有決定性意義，因為連接表面僅是一個狹窄的矩形區(qū)域。
由于連接表面限制在一個很狹窄的區(qū)域內(nèi)，檢測頭振蕩器所發(fā)出的脈沖中只有一部分可用于檢測目的。因此接收到的回聲信號的強度將降低。
例如由此出現(xiàn)的信噪比不佳的情況可通過使用一個數(shù)字記錄方法和數(shù)字處理方法來進(jìn)行改善，例如可采用回聲脈沖序列疊加的方法。
本發(fā)明將結(jié)合附圖中繪出的實施例詳細(xì)進(jìn)行說明

圖1一個適用于檢測薄壁核燃料填料管層厚度方法的設(shè)備，圖2圖1中的細(xì)節(jié)，對填料管和檢測頭進(jìn)行了放大圖1表示了一個適用于檢測薄壁核燃料填料管1的層厚度方法的設(shè)備。填料管1的直徑為10mm，壁厚僅為0.6mm。例如填料管1的外側(cè)具有一個襯層2。填料管1和襯層2的最大厚度為0.15mm，由鋯合金制造，在其組合中二者的鋯合金不同，因而聲阻也不同。在管的外表面具有一個超聲波檢測頭3，該檢測頭帶有一個平面狀的連接表面4。由超聲波檢測頭3接收到的超聲波信號由一個超聲波檢測設(shè)備5進(jìn)行記錄，并由一個數(shù)字示波器6例如以高頻圖(HF-Bild)的形式進(jìn)行顯示。為進(jìn)一步對高頻圖的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在示波器6上可連接一個數(shù)字信號處理設(shè)備，例如一個PC機7。
檢測頭3與管表面的連接以接觸的形式實現(xiàn)，其中管表面以一種常用的連接介質(zhì)，例如水、油或者甘油浸濕。
特別在圖2中可見，用于確定壁厚值的波束10集中在一個狹窄的、由管表面12和連接表面4之間的接觸面11所確定的范圍內(nèi)。
在接觸面11上雙側(cè)向外連接的間隙14至少部分地被介質(zhì)8填充，這是由于實際原因所不可避免的。這些間隙在原理上會產(chǎn)生干擾回聲信號，這將影響到層厚度的測量。通過選擇平面狀連接表面4的幾何形狀，可以極大地削弱干擾。在接觸面11之外輻射的超聲波15將由于管面曲面12的原因不再反射回輸出點處。在平面平行間隙中已知的長期存在的“鈴聲”不再出現(xiàn)。但是如果使用接觸面與管面曲面相匹配的檢測頭時，此不利情況仍將出現(xiàn)。
一個從連接表面4向接觸面11之外發(fā)射出的聲波13在連接介質(zhì)中的波程相對較長，因而在間隙14中將展寬，因此它不適用于實現(xiàn)測量的目的，由于連接表面14呈平面狀，而管表面12呈曲面形狀，由于幾何形狀的原因該聲波將向外折射，故而不會產(chǎn)生干擾測量結(jié)構(gòu)的回聲信號。在接觸面11的范圍內(nèi)，連接介質(zhì)對聲音耦合不構(gòu)成干擾。實際上只存在材料之間的直接接觸，而連接介質(zhì)基本上只用于填充由于兩個接觸面的表面粗糙而形成的微小空隙，而此微小空隙不影響聲音耦合，因為它們的尺度小于HF超聲波的波長。
當(dāng)然本方法也可以適用于整個管子的測量，而且對多層管也可以使用該方法測量層厚度。
由于用于測量的波束10限制在一個很窄的區(qū)域中，因此接收到的回聲很微弱。通過使用數(shù)字信號處理技術(shù)，例如可以將電子噪聲通過多超聲波連接的對等傳輸技術(shù)加以去處。此外，例如由檢測頭的非完全衰減或通過橫向波造成的干擾信號可通過上述的技術(shù)加以抑制或者至少將其削弱，以提高信噪比。
附圖標(biāo)記列表1 填料管2 襯層3 超聲波檢測頭
4 連接表面5 超聲波檢測設(shè)備6 示波器7 PC機8 連接介質(zhì)9 接觸面10 波束11 接觸面12 管表面13 聲波14 間隙15 超聲波輻射
權(quán)利要求
1.用超聲波測量薄壁管層厚度的方法，其特征在于，使用一個帶有連接表面(4)的高頻檢測頭(3)，連接表面具有平面狀的表面區(qū)域，其中該表面區(qū)域與一個經(jīng)過連接介質(zhì)(8)浸濕的管表面(12)以接觸的方式連接。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，連接表面(4)具有整體上為平面狀的結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，由檢測頭(3)接收到的回聲信號以數(shù)字的形式記錄，并且為了改善信噪比以數(shù)字的方式對該回聲信號進(jìn)行進(jìn)一步處理。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項的方法，其特征在于，應(yīng)用于壁厚≤1mm的管子。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項的方法，其特征在于，用于測量核燃料填料管(1)的內(nèi)部或者外部襯層(2)的壁厚，其中襯層的厚度約為0.15mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用超聲波測量薄壁管層厚度的方法。該方法的特征在于使用了一個具有連接表面(4)的高頻檢測頭(3)(高于40MHz)，該連接表面具有一個平面狀的表面區(qū)域，該表面區(qū)域以接觸的形式連接在經(jīng)過連接介質(zhì)(8)浸濕的管表面(12)。本發(fā)明中的方法用于檢測核燃料填料管的厚度為0.15mm的雙層的或者襯層。
文檔編號G01N29/44GK1500201SQ02807564
公開日2004年5月26日 申請日期2002年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月28日
發(fā)明者馬丁·杜斯特, 馬丁 杜斯特 申請人:法瑪通Anp有限公司