专利名称：一种用于现场检测的激光超声测厚的装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于现场检测的激光超声测厚的方法及装置，该方法和设备属于无损检测领域。
背景技术：
普通的超声测厚仪是需要将探头直接接触在涂抹体过耦合剂的被测物表面上进行测厚工作，但是其所用的探头不能接触高温或高腐蚀性材料的被测物体。在化工厂或其它使用压力容器的企业里，容器和部分管道运作时会产生较高的热量，不能用普通的接触式探头检测，而且检测现场管线、设备排布复杂，由于会出现地方狭小、检测位置较高等情况，检测工作人员无法接近被测物体。对于上述情况的发生就需要使用非接触式检测设备。激光超声的原理是激光与被测试材料直接作用，通过热弹性效应或者烧蚀效应产生超声波。专利号为CN00809253. 2提供了一种用于检测高温管道检测的激光超声检测的方法，利用两台激光器，一台用来在所述管子表面的特定产生点产生在管壁内传播的超声， 另一台与一干涉仪耦连用来检测在所述表面的一检测点上产生的超声回波，但是这种装置使用两台激光器成本较高，且不适于现场检测，本专利使用激光器与空气耦合传感器组合的方式，降低了成本，运用对心装置以适应不同的检测环境，使装置检测的灵活性增加，克服了以上不足。
发明内容
本发明提供了一种现场检测的激光超声测厚的方法及装置，更具地说，是利用激光激励超声波信号、利用空气耦合传感器接收信号的非接触式测量厚度的方法及装置。其方法是在被测物体的一侧放置激光器，在与激光器同一侧放置有空气耦合传感器。该空气耦合传感器的信号接收面斜对于检测位置表面，通过调节支杆的前后位置，使分别布置在主支座和支杆上两个小型激光器发出的形成在被测物面上的对心光斑重叠，这时空气耦合传感器正对激光器能够激励超声的位置；激光器发出激光束，该激光束辐照在被测物的需要检测处激发超声波，空气耦合传感器便能够接收到激光激励被测物表面产生的激励波信号与被测物中回波信号，信号从空气耦合传感器送入信号处理系统，由激励波信号和回波信号之间的时间差与被测物体的纵波传播速度计算出超声波传播的距离，以时间差计算出来的超声波传播距离再除以2便是被测物体的厚度，这就实现该特定位置处的厚度测量，并且通过信号显示系统将被测物体的厚度显示出来。空气耦合传感器放置在离激光超声产生位置20mm内，激光器可放置在远离被测物的地方，两者通过机构连接在一起并且利用对心装置进行中心对准保证激光超声产生位置与被检测位置重合。激光超声测厚的装置，主要由激光器，主支座，空气耦合传感器，支杆，对心装置， 信号处理系统与显示系统组成。激光器与传感器支杆安装在主支座上，在主支座上设有一个与激光光束平行的导轨，支杆的后端安装在导轨上并且可以在导轨上前后滑动，支杆的前端布置有空气耦合传感器。对心装置由两个小型激光器组成，一个布置在支杆上，其光线方向与空气耦合传感器接收信号的方向平行，另一个布置在主支座上，其光线方向与激光器发射激光的方向平行。信号处理系统与空气耦合传感器连接，信号显示系统与信号处理系统连接可直接显示被测物的厚度。其中的对心装置是由两个小型激光器组成，小型激光器也可以是普通光源。这种激光超声测厚的装置还包括高温测量装置，用来测量检测点附近的温度，以便确定当前温度下材料的声速。本发明的优点在
1)使用了非接触式的检测方法，避免了由于被测物体的高温或腐蚀性强给检测工作带来的条件约束的情况，可以仅在被测物一侧完成检测。2)相比于其他的激光测厚装置成本较低，结构简单，操作方便，便于携带，能够适应现场检测的要求。3)激光器可以放置于距离被测物较远的地方，仅通过伸长支杆使空气耦合传感器接近被测物体，便可以完成在地方狭小、检测位置较高等检测工作人员无法接近被测物体等情况下的检测工作。说明书附图
图1激光超声测厚装置的结构图。1.被测物体2.激光器3.空气耦合传感器4.支杆5.对心装置6.对心光斑7.激光束8.信号接收系统9.信号显示系统 10.主支座11.导轨。
具体实施例方式如图1所示的激光超声测厚装置，主要由激光器2，主支座10，空气耦合传感器3， 支杆4，对心装置5，信号处理系统8与显示系统9组成。激光器2与传支杆4安装在主支座上，在主支座上设有一个与激光光束平行的导轨11，支杆4的后端安装在导轨11上并且可以在导轨上前后滑动，支杆4的前端布置有空气耦合传感器3。对心装置由两个小型激光器组成，一个布置在支杆4上，其光线方向与空气耦合传感器3接收信号的方向平行，另一个布置在主支座10上，其光线方向与激光器发射激光的方向平行。信号处理系统8与空气耦合传感器连接，信号显示系统9与信号处理系统连接8可直接显示被测物的厚度。在检测前，通过几何测量调节对心装置5的位置，保证当对心光斑6重合时，空气耦合传感器3正对需要被检测位置(即为激光超声波产生位置)。根据现场检测具体条件把该装置通过手持或者安装在支架的方法，放置在被测物体1前，将激光器2的正对于厚度为 IOcm的被测物1的表面，使光束7能垂直辐射被测物表面。运行对心装置5，调节支杆4的前后位置，使分别布置在主支座10和支杆4上两个小型激光器发出的形成在被测物1面上的对心光斑6重叠，这时空气耦合传感器3正对激光器1激励超声的位置，使激光器2发出激光束7，该激光束7辐照在被测物1的被测物1表面激发超声波，空气耦合传感器3便能够接收到激光激励被测物表面产生的激励波信号与被测物中回波信号，信号从空气耦合传感器送入信号处理系统8，接收到得激励波信号与回波信号的在时间轴上的差t，同时再由当前温度下被测物体材料的纵波波速C，用时间差为t乘以纵波波速C再除以2得到被测物体的厚度，并且通过信号显示系统9将被测物体的厚度显示出来。空气耦合传感器3放置在离激光超声产生位置20mm内，激光器可放置在远离被测物1的地方，两者通过机构连接在一起并且利用对心装置5进行中心对准保证激光超声产生位置与被检测位置重合，装置中的的对心装置5是由两个小型激光器组成，小型激光器也可以是普通光源。这种激光超声测厚的装置还包括高温测量装置，用来测量检测点附近的温度，以便确定当前温度下材料的声速。
权利要求
1.一种用于现场检测的激光超声测厚的装置，其特征在于，由激光器(2)，主支座 (10)，空气耦合传感器(3)，支杆(4)，对心装置(5)，信号处理系统(8)与显示系统(9)组成； 所述激光器(2)与支杆(4)安装在主支座(10)上，在主支座(10)上设有一个与激光器(2) 所发出的激光光束平行的导轨(11)，支杆(4)的后端安装在导轨(11)上并且在导轨上前后滑动，支杆(4)的前端设置有空气耦合传感器(3)，所述空气耦合传感器(3)的信号接收面斜对于需要检测位置表面；对心装置(5)由两个小型激光器组成，一个设置在支杆(4)上， 其光线方向与空气耦合传感器(3)接收信号的方向平行，另一个布置在主支座(10)上，其光线方向与激光器发射激光的方向平行；信号处理系统(8)与空气耦合传感器连接，信号显示系统(9)与信号处理系统连接(8)直接显示被测物的厚度。
2.根据权利要求1所述的用于现场检测的激光超声测厚的装置，其特征在于，所述空气耦合传感器(3)放置在距离需要检测位置表面20mm内，激光器(2)放置在远离被测物的地方。
3.根据权利要求1或2所述的用于现场检测的激光超声测厚的装置，其特征在于，还包括高温测量装置，测量检测点附近的温度。
4.根据权利要求1或2所述的用于现场检测的激光超声测厚的装置，其特征在于，所述两个小型激光器为普通光源。
5.一种利用权利要求1所述的用于现场检测的激光超声测厚的装置的方法，其特征在于，通过几何测量调节对心装置(5 )的位置，当对心光斑(6 )重合时，空气耦合传感器(3 ) 正对需要被检测位置；将支架放置在被测物体(1)前，将激光器(2)的正对于被测物(1)的表面，使光束(7)能垂直辐射被测物表面；运行对心装置(5)，调节支杆(4)的前后位置，使分别布置在主支座(10)和支杆(4)上，两个小型激光器发出形成的对心光斑(6)在被测物 (1)面上重叠，这时空气耦合传感器(3)正对激光器(2)激励超声的位置；使激光器(2)发出激光束(7)，激光束(7)辐照在被测物(1)的被测物(1)表面激发超声波，空气耦合传感器(3)接收到激光激励被测物表面产生的激励波信号与被测物中回波信号，信号从空气耦合传感器送入信号处理系统(8)，接收到得激励波信号与回波信号的在时间轴上的差t，同时再由当前温度下被测物体材料的纵波波速C，得到被测物体的厚度为tC/2，并且通过信号显示系统(9)将被测物体的厚度显示出来。
6.根据权利要求5所述的用于现场检测的激光超声测厚的方法，其特征在于，用高温测量装置测量检测点附近的温度，确定当前温度下材料的声速。
全文摘要
本发明公开了一种可用于现场检测的激光超声测厚的方法及装置，其特点是由激光器发出激光束在被测物的特定位置表面激发超声波，同时通过与激光器在被测物同一侧的空气耦合传感器来接收该位置表面的产生的激励波信号与回波信号，由激励波信号和回波信号之间的时间差与被测物体的纵波传播速度计算出超声波传播的距离，从而实现该特定位置处的厚度测量。该装置主要由激光器，主支座，空气耦合传感器，支杆，对心装置，信号处理系统与显示系统组成。本发明结构简单轻便，能够适应现场检测的要求，其非接触式的检测方法能够完成对高温、腐蚀性强的被测物体的测厚工作。
文档编号G01B17/02GK102506781SQ201110364359
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月17日 优先权日2011年11月17日
发明者姜银方, 郭镇宁, 黄宇 申请人:江苏大学