專利名稱：一種用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的激光超聲測(cè)厚的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的激光超聲測(cè)厚的方法及裝置，該方法和設(shè)備屬于無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
普通的超聲測(cè)厚儀是需要將探頭直接接觸在涂抹體過(guò)耦合劑的被測(cè)物表面上進(jìn)行測(cè)厚工作，但是其所用的探頭不能接觸高溫或高腐蝕性材料的被測(cè)物體。在化工廠或其它使用壓力容器的企業(yè)里，容器和部分管道運(yùn)作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較高的熱量，不能用普通的接觸式探頭檢測(cè)，而且檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)管線、設(shè)備排布復(fù)雜，由于會(huì)出現(xiàn)地方狹小、檢測(cè)位置較高等情況，檢測(cè)工作人員無(wú)法接近被測(cè)物體。對(duì)于上述情況的發(fā)生就需要使用非接觸式檢測(cè)設(shè)備。激光超聲的原理是激光與被測(cè)試材料直接作用，通過(guò)熱彈性效應(yīng)或者燒蝕效應(yīng)產(chǎn)生超聲波。專利號(hào)為CN00809253. 2提供了一種用于檢測(cè)高溫管道檢測(cè)的激光超聲檢測(cè)的方法，利用兩臺(tái)激光器，一臺(tái)用來(lái)在所述管子表面的特定產(chǎn)生點(diǎn)產(chǎn)生在管壁內(nèi)傳播的超聲， 另一臺(tái)與一干涉儀耦連用來(lái)檢測(cè)在所述表面的一檢測(cè)點(diǎn)上產(chǎn)生的超聲回波，但是這種裝置使用兩臺(tái)激光器成本較高，且不適于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，本專利使用激光器與空氣耦合傳感器組合的方式，降低了成本，運(yùn)用對(duì)心裝置以適應(yīng)不同的檢測(cè)環(huán)境，使裝置檢測(cè)的靈活性增加，克服了以上不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的激光超聲測(cè)厚的方法及裝置，更具地說(shuō)，是利用激光激勵(lì)超聲波信號(hào)、利用空氣耦合傳感器接收信號(hào)的非接觸式測(cè)量厚度的方法及裝置。其方法是在被測(cè)物體的一側(cè)放置激光器，在與激光器同一側(cè)放置有空氣耦合傳感器。該空氣耦合傳感器的信號(hào)接收面斜對(duì)于檢測(cè)位置表面，通過(guò)調(diào)節(jié)支桿的前后位置，使分別布置在主支座和支桿上兩個(gè)小型激光器發(fā)出的形成在被測(cè)物面上的對(duì)心光斑重疊，這時(shí)空氣耦合傳感器正對(duì)激光器能夠激勵(lì)超聲的位置；激光器發(fā)出激光束，該激光束輻照在被測(cè)物的需要檢測(cè)處激發(fā)超聲波，空氣耦合傳感器便能夠接收到激光激勵(lì)被測(cè)物表面產(chǎn)生的激勵(lì)波信號(hào)與被測(cè)物中回波信號(hào)，信號(hào)從空氣耦合傳感器送入信號(hào)處理系統(tǒng)，由激勵(lì)波信號(hào)和回波信號(hào)之間的時(shí)間差與被測(cè)物體的縱波傳播速度計(jì)算出超聲波傳播的距離，以時(shí)間差計(jì)算出來(lái)的超聲波傳播距離再除以2便是被測(cè)物體的厚度，這就實(shí)現(xiàn)該特定位置處的厚度測(cè)量，并且通過(guò)信號(hào)顯示系統(tǒng)將被測(cè)物體的厚度顯示出來(lái)?？諝怦詈蟼鞲衅鞣胖迷陔x激光超聲產(chǎn)生位置20mm內(nèi)，激光器可放置在遠(yuǎn)離被測(cè)物的地方，兩者通過(guò)機(jī)構(gòu)連接在一起并且利用對(duì)心裝置進(jìn)行中心對(duì)準(zhǔn)保證激光超聲產(chǎn)生位置與被檢測(cè)位置重合。激光超聲測(cè)厚的裝置，主要由激光器，主支座，空氣耦合傳感器，支桿，對(duì)心裝置， 信號(hào)處理系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)組成。激光器與傳感器支桿安裝在主支座上，在主支座上設(shè)有一個(gè)與激光光束平行的導(dǎo)軌，支桿的后端安裝在導(dǎo)軌上并且可以在導(dǎo)軌上前后滑動(dòng)，支桿的前端布置有空氣耦合傳感器。對(duì)心裝置由兩個(gè)小型激光器組成，一個(gè)布置在支桿上，其光線方向與空氣耦合傳感器接收信號(hào)的方向平行，另一個(gè)布置在主支座上，其光線方向與激光器發(fā)射激光的方向平行。信號(hào)處理系統(tǒng)與空氣耦合傳感器連接，信號(hào)顯示系統(tǒng)與信號(hào)處理系統(tǒng)連接可直接顯示被測(cè)物的厚度。其中的對(duì)心裝置是由兩個(gè)小型激光器組成，小型激光器也可以是普通光源。這種激光超聲測(cè)厚的裝置還包括高溫測(cè)量裝置，用來(lái)測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)附近的溫度，以便確定當(dāng)前溫度下材料的聲速。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在
1)使用了非接觸式的檢測(cè)方法，避免了由于被測(cè)物體的高溫或腐蝕性強(qiáng)給檢測(cè)工作帶來(lái)的條件約束的情況，可以僅在被測(cè)物一側(cè)完成檢測(cè)。2)相比于其他的激光測(cè)厚裝置成本較低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，便于攜帶，能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的要求。3)激光器可以放置于距離被測(cè)物較遠(yuǎn)的地方，僅通過(guò)伸長(zhǎng)支桿使空氣耦合傳感器接近被測(cè)物體，便可以完成在地方狹小、檢測(cè)位置較高等檢測(cè)工作人員無(wú)法接近被測(cè)物體等情況下的檢測(cè)工作。說(shuō)明書附圖


圖1激光超聲測(cè)厚裝置的結(jié)構(gòu)圖。1.被測(cè)物體2.激光器3.空氣耦合傳感器4.支桿5.對(duì)心裝置6.對(duì)心光斑7.激光束8.信號(hào)接收系統(tǒng)9.信號(hào)顯示系統(tǒng) 10.主支座11.導(dǎo)軌。
具體實(shí)施例方式如圖1所示的激光超聲測(cè)厚裝置，主要由激光器2，主支座10，空氣耦合傳感器3， 支桿4，對(duì)心裝置5，信號(hào)處理系統(tǒng)8與顯示系統(tǒng)9組成。激光器2與傳支桿4安裝在主支座上，在主支座上設(shè)有一個(gè)與激光光束平行的導(dǎo)軌11，支桿4的后端安裝在導(dǎo)軌11上并且可以在導(dǎo)軌上前后滑動(dòng)，支桿4的前端布置有空氣耦合傳感器3。對(duì)心裝置由兩個(gè)小型激光器組成，一個(gè)布置在支桿4上，其光線方向與空氣耦合傳感器3接收信號(hào)的方向平行，另一個(gè)布置在主支座10上，其光線方向與激光器發(fā)射激光的方向平行。信號(hào)處理系統(tǒng)8與空氣耦合傳感器連接，信號(hào)顯示系統(tǒng)9與信號(hào)處理系統(tǒng)連接8可直接顯示被測(cè)物的厚度。在檢測(cè)前，通過(guò)幾何測(cè)量調(diào)節(jié)對(duì)心裝置5的位置，保證當(dāng)對(duì)心光斑6重合時(shí)，空氣耦合傳感器3正對(duì)需要被檢測(cè)位置(即為激光超聲波產(chǎn)生位置)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)具體條件把該裝置通過(guò)手持或者安裝在支架的方法，放置在被測(cè)物體1前，將激光器2的正對(duì)于厚度為 IOcm的被測(cè)物1的表面，使光束7能垂直輻射被測(cè)物表面。運(yùn)行對(duì)心裝置5，調(diào)節(jié)支桿4的前后位置，使分別布置在主支座10和支桿4上兩個(gè)小型激光器發(fā)出的形成在被測(cè)物1面上的對(duì)心光斑6重疊，這時(shí)空氣耦合傳感器3正對(duì)激光器1激勵(lì)超聲的位置，使激光器2發(fā)出激光束7，該激光束7輻照在被測(cè)物1的被測(cè)物1表面激發(fā)超聲波，空氣耦合傳感器3便能夠接收到激光激勵(lì)被測(cè)物表面產(chǎn)生的激勵(lì)波信號(hào)與被測(cè)物中回波信號(hào)，信號(hào)從空氣耦合傳感器送入信號(hào)處理系統(tǒng)8，接收到得激勵(lì)波信號(hào)與回波信號(hào)的在時(shí)間軸上的差t，同時(shí)再由當(dāng)前溫度下被測(cè)物體材料的縱波波速C，用時(shí)間差為t乘以縱波波速C再除以2得到被測(cè)物體的厚度，并且通過(guò)信號(hào)顯示系統(tǒng)9將被測(cè)物體的厚度顯示出來(lái)?？諝怦詈蟼鞲衅?放置在離激光超聲產(chǎn)生位置20mm內(nèi)，激光器可放置在遠(yuǎn)離被測(cè)物1的地方，兩者通過(guò)機(jī)構(gòu)連接在一起并且利用對(duì)心裝置5進(jìn)行中心對(duì)準(zhǔn)保證激光超聲產(chǎn)生位置與被檢測(cè)位置重合，裝置中的的對(duì)心裝置5是由兩個(gè)小型激光器組成，小型激光器也可以是普通光源。這種激光超聲測(cè)厚的裝置還包括高溫測(cè)量裝置，用來(lái)測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)附近的溫度，以便確定當(dāng)前溫度下材料的聲速。
權(quán)利要求
1.一種用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的激光超聲測(cè)厚的裝置，其特征在于，由激光器(2)，主支座 (10)，空氣耦合傳感器(3)，支桿(4)，對(duì)心裝置(5)，信號(hào)處理系統(tǒng)(8)與顯示系統(tǒng)(9)組成； 所述激光器(2)與支桿(4)安裝在主支座(10)上，在主支座(10)上設(shè)有一個(gè)與激光器(2) 所發(fā)出的激光光束平行的導(dǎo)軌(11)，支桿(4)的后端安裝在導(dǎo)軌(11)上并且在導(dǎo)軌上前后滑動(dòng)，支桿(4)的前端設(shè)置有空氣耦合傳感器(3)，所述空氣耦合傳感器(3)的信號(hào)接收面斜對(duì)于需要檢測(cè)位置表面；對(duì)心裝置(5)由兩個(gè)小型激光器組成，一個(gè)設(shè)置在支桿(4)上， 其光線方向與空氣耦合傳感器(3)接收信號(hào)的方向平行，另一個(gè)布置在主支座(10)上，其光線方向與激光器發(fā)射激光的方向平行；信號(hào)處理系統(tǒng)(8)與空氣耦合傳感器連接，信號(hào)顯示系統(tǒng)(9)與信號(hào)處理系統(tǒng)連接(8)直接顯示被測(cè)物的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的激光超聲測(cè)厚的裝置，其特征在于，所述空氣耦合傳感器(3)放置在距離需要檢測(cè)位置表面20mm內(nèi)，激光器(2)放置在遠(yuǎn)離被測(cè)物的地方。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的激光超聲測(cè)厚的裝置，其特征在于，還包括高溫測(cè)量裝置，測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)附近的溫度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的激光超聲測(cè)厚的裝置，其特征在于，所述兩個(gè)小型激光器為普通光源。
5.一種利用權(quán)利要求1所述的用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的激光超聲測(cè)厚的裝置的方法，其特征在于，通過(guò)幾何測(cè)量調(diào)節(jié)對(duì)心裝置(5 )的位置，當(dāng)對(duì)心光斑(6 )重合時(shí)，空氣耦合傳感器(3 ) 正對(duì)需要被檢測(cè)位置；將支架放置在被測(cè)物體(1)前，將激光器(2)的正對(duì)于被測(cè)物(1)的表面，使光束(7)能垂直輻射被測(cè)物表面；運(yùn)行對(duì)心裝置(5)，調(diào)節(jié)支桿(4)的前后位置，使分別布置在主支座(10)和支桿(4)上，兩個(gè)小型激光器發(fā)出形成的對(duì)心光斑(6)在被測(cè)物 (1)面上重疊，這時(shí)空氣耦合傳感器(3)正對(duì)激光器(2)激勵(lì)超聲的位置；使激光器(2)發(fā)出激光束(7)，激光束(7)輻照在被測(cè)物(1)的被測(cè)物(1)表面激發(fā)超聲波，空氣耦合傳感器(3)接收到激光激勵(lì)被測(cè)物表面產(chǎn)生的激勵(lì)波信號(hào)與被測(cè)物中回波信號(hào)，信號(hào)從空氣耦合傳感器送入信號(hào)處理系統(tǒng)(8)，接收到得激勵(lì)波信號(hào)與回波信號(hào)的在時(shí)間軸上的差t，同時(shí)再由當(dāng)前溫度下被測(cè)物體材料的縱波波速C，得到被測(cè)物體的厚度為tC/2，并且通過(guò)信號(hào)顯示系統(tǒng)(9)將被測(cè)物體的厚度顯示出來(lái)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的激光超聲測(cè)厚的方法，其特征在于，用高溫測(cè)量裝置測(cè)量檢測(cè)點(diǎn)附近的溫度，確定當(dāng)前溫度下材料的聲速。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的激光超聲測(cè)厚的方法及裝置，其特點(diǎn)是由激光器發(fā)出激光束在被測(cè)物的特定位置表面激發(fā)超聲波，同時(shí)通過(guò)與激光器在被測(cè)物同一側(cè)的空氣耦合傳感器來(lái)接收該位置表面的產(chǎn)生的激勵(lì)波信號(hào)與回波信號(hào)，由激勵(lì)波信號(hào)和回波信號(hào)之間的時(shí)間差與被測(cè)物體的縱波傳播速度計(jì)算出超聲波傳播的距離，從而實(shí)現(xiàn)該特定位置處的厚度測(cè)量。該裝置主要由激光器，主支座，空氣耦合傳感器，支桿，對(duì)心裝置，信號(hào)處理系統(tǒng)與顯示系統(tǒng)組成。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輕便，能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的要求，其非接觸式的檢測(cè)方法能夠完成對(duì)高溫、腐蝕性強(qiáng)的被測(cè)物體的測(cè)厚工作。
文檔編號(hào)G01B17/02GK102506781SQ201110364359
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月17日
發(fā)明者姜銀方, 郭鎮(zhèn)寧, 黃宇 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)