一種基于超聲檢測的非水浸裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于耦合介質(zhì)、超聲測量領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在常規(guī)的超聲檢測中，由于聲波在空氣中衰減很大，所以，為了提高檢測靈敏度， 使聲波能有效的達(dá)到試件以實(shí)現(xiàn)聲能的傳遞，探頭與工件之間必須填充耦合介質(zhì)。耦合介 質(zhì)在工件與探頭接觸面上具有排除空氣，填充不平的間隙傳遞聲波的功能。通常，在檢測部 位或試件上先涂耦合介質(zhì)，防水試件也可以直接放入水中，將空氣排除，再安裝探頭進(jìn)行檢 測。在對(duì)粗糙表面、斜面彎曲表面及垂直平面檢測時(shí)，一般的耦合介質(zhì)由于是液體的原因， 會(huì)造成流失嚴(yán)重，耦合損耗大，進(jìn)而降低了聲能的透過率，最終影響檢測。若使用半液體類 耦合介質(zhì)，如潤滑劑、蜂蜜等，又會(huì)給涂抹以及回收帶來不必要的麻煩。鑒于常規(guī)的耦合介 質(zhì)問題較多，所以研宄新型的耦合介質(zhì)迫在眉睫。
[0003] 為了解決常規(guī)耦合介質(zhì)在超聲檢測中的這些問題，本實(shí)用新型對(duì)膠體耦合介質(zhì)進(jìn) 行了研宄。該膠體耦合介質(zhì)是以水作載體配制而成的。它的聲阻抗與透聲性較水來說都有 明顯提高，從而提高了檢測的靈敏度。由于該耦合介質(zhì)為膠體，在一定程度上解決了被測試 件非水浸的問題。而且，該耦合劑制備簡單，成本也較低，具有很好的應(yīng)用前景。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 常規(guī)的高頻超聲檢測都需要水做耦合介質(zhì)，本發(fā)明開發(fā)了一種基于超聲檢測的膠 體耦合介質(zhì)，將耦合介質(zhì)填充到超聲顯微系統(tǒng)的探頭與試件之間，通過超聲顯微鏡系統(tǒng)，能 更好地測得材料的彈性常數(shù)。并且脫離的水的束縛，實(shí)現(xiàn)了試件的非水浸測量。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了如下方案：
[0006] 測量基于超聲檢測的膠體耦合介質(zhì)密度及聲阻抗。通過多次測量密度及聲阻抗可 以得出結(jié)論，此膠體耦合介質(zhì)可以重復(fù)制備。并且聲阻抗高，可以完全替代水做耦合介質(zhì)。
[0007] 一種基于超聲檢測的非水浸裝置，其特征在于：包括嵌入式計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、 示波器、四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲脈沖激勵(lì)/接收儀、線聚焦PVDF超聲波探頭以下簡稱探頭，其 中嵌入式計(jì)算機(jī)與示波器連接，探頭與超聲脈沖激勵(lì)/接收儀相連，超聲脈沖激勵(lì)/接收 儀連接示波器；將探頭固定在四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的Z軸上，試件平臺(tái)上，試件上面放上膠體耦合 介質(zhì)，讓探頭與膠體耦合介質(zhì)耦合在一起：所述膠體耦合介質(zhì)以水為載、魔芋粉與海藻粉組 成；魔芋粉與海藻粉按9 :1質(zhì)量比混合，I. 3g混合粉末配200ml水。
[0008] 膠體耦合介質(zhì)的配方其實(shí)就是果凍的配方。
[0009] 膠體親合介質(zhì)厚度比探頭半徑長5mm以內(nèi)。
[0010] 測量時(shí)，將探頭固定在四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的Z軸上，試件平臺(tái)上，試件上面放上膠體耦 合介質(zhì)，讓探頭與膠體耦合介質(zhì)耦合在一起；通過調(diào)節(jié)校準(zhǔn)裝置和底座，使探頭與試件表面 垂直，當(dāng)回波信號(hào)幅值最大時(shí)，認(rèn)為此時(shí)探頭與表面垂直，開始進(jìn)行散焦測量。
[0011] 應(yīng)用基于超聲檢測的膠體耦合介質(zhì)對(duì)鋁塊的聚焦位置表面直接回波信號(hào)、表面波 波速、縱波波速、泊松比、彈性常數(shù)進(jìn)行測量：包括包含超聲顯微鏡系統(tǒng)、膠體耦合介質(zhì)與試 件鋁塊。常規(guī)測量的超聲顯微鏡系統(tǒng)如圖1所示。包含有：PXI總控制系統(tǒng)、TDS3K示波器、 XYZ軸移動(dòng)平臺(tái)平臺(tái)、5900PR脈沖激勵(lì)/接受儀、線聚焦探頭、水槽、水作耦合劑、試件、校準(zhǔn) 裝置。應(yīng)用基于超聲檢測的膠體耦合介質(zhì)后，就不在需要水槽與水。只需要膠體耦合介質(zhì) 即可。
[0012] 超聲波在材料中的傳播速度，取決于材料的彈性常數(shù)以及密度。如果已知材料的 縱波波速與表面波波速即可求得泊松比，如果已知材料的密度，可以進(jìn)一步計(jì)算出材料的 彈性常數(shù)?；诼晫W(xué)顯微鏡原理的超聲系統(tǒng)，利用PVDF探頭從聚焦位置向下散焦發(fā)射和接 受的信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)試件的縱波及橫波測量。如圖2所示。
[0013] 該實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在超聲顯微鏡系統(tǒng)硬件平臺(tái)下，對(duì)鋁材料試件的表面波波速、 縱波波速、泊松比、彈性模量的測量，從效果來看比用水做耦合介質(zhì)時(shí)的效果好，而且與鋁 材料試件的表面波波速、縱波波速、泊松比、彈性模量的理論值一致，使實(shí)驗(yàn)脫離了水的束 縛，可以實(shí)現(xiàn)非水浸或者斜面的檢測。
【附圖說明】
[0014] 圖1超聲顯微鏡系統(tǒng)
[0015] 圖2測量原理圖
[0016] 圖3膠體耦合介質(zhì)與水作耦合介質(zhì)的對(duì)比
[0017] 圖4膠體耦合介質(zhì)應(yīng)用于超聲顯微鏡系統(tǒng)
[0018] 圖5應(yīng)用膠體耦合介質(zhì)測出的鋁的表面波波速
[0019] 圖6水與四種不同配比的膠體分別作耦合介質(zhì)時(shí)測得的鋁的表面波波速
【具體實(shí)施方式】
[0020] 此超聲檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)備由嵌入式計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、示波器、自主設(shè)計(jì)集成 四軸精密運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲脈沖產(chǎn)生/接收儀、自主研制線聚焦PVDF超聲波探頭、組成，系統(tǒng) 聯(lián)線示意圖如圖4。其中嵌入式計(jì)算機(jī)與示波器用GPIB連接，探頭與超聲脈沖產(chǎn)生/接收 儀用UHF轉(zhuǎn)接頭相連，測量時(shí)，將探頭固定在Z軸上，試件平臺(tái)上，試件上面放上膠體耦合介 質(zhì)，讓探頭與它們耦合在一起。通過調(diào)節(jié)校準(zhǔn)裝置和底座，使探頭與試件表面垂直，當(dāng)回波 信號(hào)幅值最大時(shí)，可認(rèn)為此時(shí)探頭與表面垂直，可以開始進(jìn)行散焦測量。
[0021] 下面對(duì)本實(shí)用新型做實(shí)施方式的說明：
[0022] 1、制作基于超聲檢測的膠體耦合介質(zhì)，選用電子秤，分別秤出質(zhì)量為I. 3g的膠體 耦合介質(zhì)粉末（魔芋粉與海藻粉按9 :1比例混合）輕輕倒入燒杯中，倒入的同時(shí)，攪動(dòng)沸 水，使其充分接觸并融合均勻，待其冷卻即可。
[0023] 2、測量其對(duì)鋁塊的聚焦位置表面直接回波信號(hào)并與相同情況下水做耦合介質(zhì)的 信號(hào)作對(duì)比，將基于超聲檢測的膠體耦合介質(zhì)填充到試件與超聲顯微鏡系統(tǒng)的探頭之間， 調(diào)整探頭位置，觀察示波器在探頭聚焦位置時(shí)的結(jié)果。對(duì)比結(jié)果如圖3,可以明顯看出膠體 耦合介質(zhì)具有更強(qiáng)的回波信號(hào)，比水作耦合介質(zhì)的效果更佳。進(jìn)一步，探頭下部分表面為部 分圓柱側(cè)面，里面都填充有膠體耦合介質(zhì)，膠體耦合介質(zhì)填充后形狀為部分圓柱體，是平行 于圓柱的中心線切割出來的形狀，但膠體耦合介質(zhì)厚度最厚處比探頭半徑長2_以內(nèi)。
[0024] 3、應(yīng)用基于超聲檢測的膠體耦合介質(zhì)對(duì)鋁塊的表面波波速、縱波波速、泊松比、彈 性常數(shù)進(jìn)行測量。將膠體耦合介質(zhì)填充到超聲顯微鏡系統(tǒng)的探頭與鋁試件之間。如圖4所 示。測量原理如圖2所示。圖2為線聚焦探頭散焦測量原理圖。其中，F(xiàn)為傳感器的焦距， Ck為瑞利角，z為散焦距離。當(dāng)傳感器聚焦在試件表面時(shí)，只能夠接收到一個(gè)直接表面回波 D波和底面反射波B波。當(dāng)傳感器向下散焦運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)分離的回波，一個(gè)為直接表 面回波D波，另一個(gè)為沿試件表面?zhèn)鞑サ穆┍砻娌≧波。如果已經(jīng)知道被測試件的高度h、 水中超聲波的波速C w、散焦距離z、直接反射回波與底面回波時(shí)間差tB-tD，以及漏表面波在 傳播時(shí)間與散焦距離平面上曲線的斜率m(散焦距離和漏表面波與直接反射回波信號(hào)時(shí)間 差的比值），則縱波波速和漏表面波波速可由下式計(jì)算得出：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于超聲檢測的非水浸裝置，包括嵌入式計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、示波器、四軸運(yùn) 動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲脈沖激勵(lì)/接收儀、線聚焦PVDF超聲波探頭以下簡稱探頭，其中嵌入式計(jì)算機(jī) 與示波器連接，探頭與超聲脈沖激勵(lì)/接收儀相連，超聲脈沖激勵(lì)/接收儀連接示波器； 其特征在于：將探頭固定在四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的Z軸上，試件上面放上膠體耦合介質(zhì)，讓探 頭與膠體親合介質(zhì)親合在一起。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于超聲檢測的非水浸裝置，其特征在于：膠體耦合 介質(zhì)厚度比探頭半徑長5mm以內(nèi)。
【專利摘要】一種基于超聲檢測的非水浸裝置，其特征在于：包括嵌入式計(jì)算機(jī)、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器、示波器、四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、超聲脈沖激勵(lì)/接收儀、線聚焦PVDF超聲波探頭以下簡稱探頭，其中嵌入式計(jì)算機(jī)與示波器連接，探頭與超聲脈沖激勵(lì)/接收儀相連，超聲脈沖激勵(lì)/接收儀連接示波器；將探頭固定在四軸運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的Z軸上，試件平臺(tái)上，試件上面放上膠體耦合介質(zhì)，讓探頭與膠體耦合介質(zhì)耦合在一起。本裝置能夠進(jìn)行常規(guī)直接反射回波測量，也能夠?qū)崿F(xiàn)在超聲顯微系統(tǒng)中對(duì)各種材料的各種波速的測量，從而計(jì)算出各種材料的泊松比與彈性模量。測量結(jié)果與理論值一致，脫離了水的束縛，可以對(duì)不防水的試件以及斜面進(jìn)行測量，具有良好的使用前景。
【IPC分類】G01N29-28, G01N29-04
【公開號(hào)】CN204556578
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420779841
【發(fā)明人】宋國榮, 徐煜陽, 呂炎, 洪廣富, 秦登千, 吳斌, 何存富
【申請(qǐng)人】北京工業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請(qǐng)日】2014年12月10日