CN206096037U - 基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置 - Google Patents
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Abstract
基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置，涉及金属管材缺陷检测领域。它解决了传统兰姆波金属管材缺陷检测装置在对金属管材进行缺陷检测时，存在频散现象而使得对金属管材中微小缺陷识别能力不高的问题。该装置由计算机***、兰姆波超声信号发生器、兰姆波超声发射换能器阵列、金属管材、兰姆波超声接收换能器、数字示波器、时间反转单元构成。本实用新型适用于金属管材缺陷的超声检测。
Description
技术领域
本实用新型属于金属管材缺陷检测领域，具体涉及基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置。
背景技术
兰姆波在管材中传播时，管材内部的各种缺陷会引起应力集中，这些缺陷周围区域都会引起兰姆波信号的散射和能量吸收。传统的兰姆波金属管材缺陷检测装置就是基于此现象，对金属管材缺陷进行检测的。然而，这些传统检测装置并没有考虑兰姆波在管材传播过程中存在的模式转换及频散现象，使得不可能详尽地揭示获取的信号中所包含的信息，大大限制了传统兰姆波金属管材缺陷检测装置的广泛应用。
时间反转能实现脉冲声波的自适应聚焦和相干目标信号的时间匹配滤波，它不需要预先获知介质及换能器阵列的性质，就可实现声波自适应修正多途径引起的畸变，并实现声波的聚焦，进而提高信号的信噪比。
金属管材在国防及民用基础行业得到了广泛应用，然而，一旦管材中存在缺陷而未及时得到检测，将造成巨大经济损失，甚至给社会和生态环境带来十分严重的影响。因此，开发金属管材缺陷的超声检测装置十分必要。
发明内容
本实用新型为了解决传统兰姆波金属管材缺陷检测装置在对金属管材进行缺陷检测时，存在频散现象而使得对金属管材中微小缺陷识别能力不高的问题，提供一种基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置。
基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置，它包括计算机***、兰姆波超声信号发生器、兰姆波超声发射换能器阵列、金属管材、兰姆波超声接收换能器、数字示波器、时间反转单元。
所述的计算机***的信号输出端与所述的兰姆波超声信号发生器的信号输入端电气连接，所述的兰姆波超声信号发生器的信号输出端与所述的兰姆波超声发射换能器阵列的信号输入端电气连接，所述的兰姆波超声发射换能器阵列通过粘结胶粘贴在所述的金属管材的下端的外表面，所述的金属管材的上端的外表面通过粘结胶粘贴所述的兰姆波超声接收换能器，所述的兰姆波超声接收换能器的信号输出端与所述的数字示波器的信号输入端电气连接，所述的数字示波器的第一信号输出端与所述的时间反转单元的信号输入端电气连接，所述的时间反转单元的信号输出端与所述的计算机***的第一信号输入端电气连接，所述的数字示波器的第二信号输出端与所述的计算机***的第二信号输入端电气连接。
优选的：数字示波器的采样频率不低于2.5MHz。
优选的：兰姆波超声信号发生器的发射频率不低于40MHz。
优选的：兰姆波超声发射换能器阵列的超声发射换能器和兰姆波超声接收换能器的超声接收换能器的中心频率均为260kHz。
本实用新型与现有技术相比具有以下效果：
由于时间反转能把原来在管材中由于声波传播的多途径效应而展宽的兰姆波信号变成会聚声波，且它不需要事先了解被测介质结构性质、传感器阵列布局等，就可以自动矫正被测目标和传感换能器之间不均匀性而产生的相位畸变、时延的差异，因此提高了信噪比。本检测装置将时间反转和兰姆波有效结合，使得兰姆波在管材中传播具有非常好的自聚焦性能，因此，该装置对金属管材中微小缺陷的识别能力大大提高。
附图说明：
附图1是本实用新型中所述的基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置的组成框图。
具体实施方式
下面根据附图1详细阐述本实用新型优选的实施方式。
具体实施方式：参见附图1，基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置，它包括计算机***1、兰姆波超声信号发生器2、兰姆波超声发射换能器阵列3、金属管材4、兰姆波超声接收换能器5、数字示波器6、时间反转单元7。
所述的计算机***1的信号输出端与所述的兰姆波超声信号发生器2的信号输入端电气连接，所述的兰姆波超声信号发生器2的信号输出端与所述的兰姆波超声发射换能器阵列3的信号输入端电气连接，所述的兰姆波超声发射换能器阵列3通过粘结胶粘贴在所述的金属管材4的下端的外表面，所述的金属管材4的上端的外表面通过粘结胶粘贴所述的兰姆波超声接收换能器5，所述的兰姆波超声接收换能器5的信号输出端与所述的数字示波器6的信号输入端电气连接，所述的数字示波器6的第一信号输出端与所述的时间反转单元7的信号输入端电气连接，所述的时间反转单元7的信号输出端与所述的计算机***1的第一信号输入端电气连接，所述的数字示波器6的第二信号输出端与所述的计算机***1的第二信号输入端电气连接。
所述的数字示波器6的采样频率不低于2.5MHz。
所述的兰姆波超声信号发生器2的发射频率不低于40MHz。
所述的兰姆波超声发射换能器阵列3的超声发射换能器和所述的兰姆波超声接收换能器5的超声接收换能器的中心频率均为260kHz。
工作过程如下：
（1）计算机***1向兰姆波超声信号发生器2发出信号，由兰姆波超声信号发生器2产生中心频率为260kHz的兰姆波超声脉冲信号，并同时分别加载到兰姆波超声发射换能器阵列3的超声发射换能器上；
（2）兰姆波超声发射换能器阵列3的超声发射换能器产生兰姆波，并经金属管材4传播到兰姆波超声接收换能器5；
（3）兰姆波超声接收换能器5将接收到的兰姆波转换为电信号，并传送到数字示波器6进行信号采集和存储，然后通过数字示波器6的第一信号输出端发送给时间反转单元7进行时间反转，再通过计算机***2的第一信号输入端传送给计算机***2进行归一化处理；
（4）计算机***2将归一化处理后的信号再次发送给兰姆波超声信号发生器2，产生中心频率为260kHz兰姆波超声脉冲信号，同时分别加载到兰姆波超声发射换能器阵列3的超声发射换能器上，产生兰姆波，并经金属管材4传播到兰姆波超声接收换能器5；
（5）兰姆波超声接收换能器5接收到的信号是时间反转后的聚焦信号，并经数字示波器6采集和存储后，通过数字示波器6的第二信号输出端直接发送给计算机***2的第二信号输入端；
（6）计算机***2对该聚焦信号进行时频联合分析，若出现了780kHz的三次谐波，则可判断金属管材4中存在微小缺陷，否则，不存在缺陷。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (5)
1.基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置，其特征在于，它包括计算机***（1）、兰姆波超声信号发生器（2）、兰姆波超声发射换能器阵列（3）、金属管材（4）、兰姆波超声接收换能器（5）、数字示波器（6）、时间反转单元（7）。
2.根据权利要求1所述的基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述的计算机***（1）的信号输出端与所述的兰姆波超声信号发生器（2）的信号输入端电气连接，所述的兰姆波超声信号发生器（2）的信号输出端与所述的兰姆波超声发射换能器阵列（3）的信号输入端电气连接，所述的兰姆波超声发射换能器阵列（3）通过粘结胶粘贴在所述的金属管材（4）的下端的外表面，所述的金属管材（4）的上端的外表面通过粘结胶粘贴所述的兰姆波超声接收换能器（5），所述的兰姆波超声接收换能器（5）的信号输出端与所述的数字示波器（6）的信号输入端电气连接，所述的数字示波器（6）的第一信号输出端与所述的时间反转单元（7）的信号输入端电气连接，所述的时间反转单元（7）的信号输出端与所述的计算机***（1）的第一信号输入端电气连接，所述的数字示波器（6）的第二信号输出端与所述的计算机***（1）的第二信号输入端电气连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述的数字示波器（6）的采样频率不低于2.5MHz。
4.根据权利要求1或2所述的基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述的兰姆波超声信号发生器（2）的发射频率不低于40MHz。
5.根据权利要求1或2所述的基于时间反转和兰姆波的金属管材缺陷的超声检测装置，其特征在于，所述的兰姆波超声发射换能器阵列（3）的超声发射换能器和所述的兰姆波超声接收换能器（5）的超声接收换能器的中心频率均为260kHz。
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|---|---|---|---|---|
| CN107045017A (zh) * | 2017-04-25 | 2017-08-15 | 南京信息工程大学 | 基于超声兰姆波和时间反转理论的薄板裂纹深度分析方法 |
| CN111855802A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 武汉大学 | 一种消除激光超声行进波的缺陷可视化成像方法 |
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| CN107045017B (zh) * | 2017-04-25 | 2019-07-02 | 南京信息工程大学 | 基于超声兰姆波和时间反转理论的薄板裂纹深度分析方法 |
| CN111855802A (zh) * | 2020-07-28 | 2020-10-30 | 武汉大学 | 一种消除激光超声行进波的缺陷可视化成像方法 |
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