CN102865954A - 一种用于螺栓轴向预紧应力检测的横纵波超声传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于螺栓轴向预紧应力检测的横纵波超声传感器，主要针对传统超声波传感器无法同时或者分时激励横波与纵波信号，且容易受到检测人员操作或测试条件限制影响造成耦合层厚度不一致，测量误差较大的问题，提出了一种采用同心圆环嵌套结构设计的能够同时或分时激励横波与纵波信号的超声波传感器，传感器内部还设置有磁钢，可以方便吸附在任何铁磁性被测零件上，简化了操作，保证了耦合层厚度的稳定性，减小了测量误差，可广泛用于超声波无损检测应用领域。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种用于螺栓轴向预紧应力检测的横纵波超声传感器，主要应用于超声无损检测领域。该装置体积小巧，能够同时或分时激励超声横波与纵波且探头自带磁性吸附装置，解决了超声无损检测中传感器受测量人员手部抖动影响造成耦合层厚度不一致的问题，填补了一种传感器同时或分时激励横波与纵波两种波形的技术空白，能够满足特殊条件下超声无损检测任务的应用。
二、背景技术
传统的超声波激发传感器主要有两大类，一种是以横波波形作为激励的横波传感器；一种是以纵波波形作为激励的纵波传感器，两者都得到广泛应用。但是，在一些特殊检测条件下，需要超声波传感器能够同时激励或者分时激励横波波形与纵波波形，并且能够同时接收或者分时接受横波波形与纵波波形，传统的单一波形超声传感器便无法适应此类测量应用。
除此以外，传统的超声波传感器需要测量操作人员将传感器表面与被测工件表面紧密接触，当测试时间过长或测试条件有所限制，操作人员很难保证传感器稳固的与被测工件紧密贴合。由于技术人员手部晃动带来的耦合层厚度不一致很容易造成测量结果具有很大误差，甚至产生测量错误。
目前，我国关于横波、纵波同时或分时激励的超声波传感器理论研究较少，工程应用领域更是近乎空白。在相关发明专利中，一种特超声治疗仪（03247046.0）对测量装置部分仅仅进行了文字内容的描述并没有给出具体的实施方法，且为同一激励单元实现的横纵波转化，工程应用实现较为困难。因此，本专利有必要提出一种纵横波超声传感器的设计，减小测量误差，适合特殊条件下的超声波激励接收应用。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种用于螺栓轴向预紧应力检测的横纵波超声传感器，主要针对传统超声波传感器激励波形模式单一，且容易受到测量人员手部抖动造成的耦合层厚度不一致，测量误差较大等问题。通过同心圆嵌套模式，实现横波激励单元与纵波激励单元的物理隔离，利用传感器内导线分别连接波形激励单元的方法，可实现同时或者分时激励横波、纵波波形，并且在传感器头部内置磁钢，保证在长时间测量或者测量条件特殊情况下，传感器耦合效果恒定，提高了测量精度，满足了特殊条件下的工程应用。
本发明的技术方案是：
一种用于螺栓轴向预紧应力检测的横纵波超声传感器，采用同心圆环嵌套的形式，将横波晶振圆柱与纵波晶振圆环嵌套在一起并用吸声材料粘结在一起组成传感器波形激励单元。分别将导线焊接于横波晶振圆柱与纵波晶振圆环结构的一面并在此面之上填充背衬材料，导线埋于背衬材料之中并与外壳上的L5接头分别连接，可以利用不同接头的通断电实现横波波形与纵波波形的同时或者分时激励。将传感器波形激励单元内嵌于吸震材料中并一同填充于外壳内，将吸震材料外圈嵌套磁钢，将保护膜与旋盖贴合之后一并旋紧与外壳上，实现传感器整体的安装与密封。使用时，可以通过脉冲收发卡同时或者分时激励横波与纵波晶振单元，实现波形的输出，并且可将传感器吸附于被测试件表面，实现稳定耦合效果，提高了测量精度，简化了操作。
四、附图说明
图1是本发明的结构示意图
附图标记说明如下：
图1：外壳1、L5接头2、导线3、背衬材料4、吸震材料5、横波晶振圆柱6、纵波晶振圆环7、吸声材料8、旋盖9、磁钢10、保护膜11。
五、具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：
图1中，将吸声材料8包裹于横波晶振圆柱6的***一同塞入纵波晶振圆环7中，分别将导线3焊接在横波晶振圆柱6与纵波晶振圆环7的一面并分别连接安装于外壳1上的L5接头2，将吸震材料8包裹于纵波晶振圆环7外侧并填充满背衬材料4，将磁钢10套于吸震材料8***一并组成传感器的内芯。将保护膜11贴于旋盖9的底面并旋紧在外壳1上，将组合好的内芯紧紧压实于外壳1内部，做成横纵波超声传感器。每次测量时，均能够保证传感器紧密吸合于被测试件上，减小因手持时间太久或者测量位置要求苛刻造成的耦合层厚度不一致引起的误差，并且能够同时或分时激励横波、纵波波形，适应特殊情况下的测量任务需要。
Claims (3)
1.一种用于螺栓轴向预紧应力检测的横纵波超声传感器，其波形激励部分特征在于：波形激励部分由横波晶振圆柱、吸声材料与纵波晶振圆环共同组成，采用同心圆环嵌套的结构且并不仅限于此结构，任何方形、三角形的嵌套结构也在本权利要求保护范围之内。
2.根据权利要求1所述的波形激励部分，其波形激励结构的位置分布满足内芯为横波晶振圆柱、中间是吸声材料，外侧是纵波晶振环的顺序。
3.一种用于螺栓轴向预紧应力检测的横纵波超声传感器，其磁性吸附单元特征在于：磁钢环形包覆于吸震材料外侧并安装于传感器外壳内侧，当贴有保护膜的旋盖旋紧后，磁钢整体内嵌在传感器体内，保证了保护膜整体的平整，使传感器底面与被测零件表面紧密贴合。磁钢的位置不仅限于内嵌于传感器外壳内，也可以放置在外壳外，任何类似的位置结构均在本要求的保护范围之内。
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