一种小型便于携带的高精度测量应力和厚度的超声设备的制作方法

1.本发明属于超声无损检测领域，具体的涉及一种小型便于携带的同时测量应力和厚度的超声检测设备。
技术背景
2.压力容器和管道广泛应用于现代工业中，为了保证其有效而安全的运行，需要测量和监控容器内的压力值，同时对材料的厚度通常也需要检测；轨道列车车体主要为型材或板材，在原材料生产过程及焊接工艺会导致翘曲变形、降低结构刚度、工件强度下降、影响尺寸稳定产生变形及开裂缺陷，需要检测残余应力值。金属材料内部应力的大小及其变化是衡量其可靠性的主要参考指标。而超声波所固有的特性,如穿透能力强、仪器设备简单、测量速度快、低成本等，因此利用超声波无损检测金属材料表面和内部的应力状况具有极大的潜力。
3.但是现有的超声应力测量分析仪采用的超声脉冲信号产生设备及超声信号采集设备体积较大，并没有很好的缩小体积，顶多是能跟便携工控机集成到一起，本身的超声检测模块叠加工控机之后体积大，质量重，在携带时往往比较费力，不够方便，检测时无法随身携带，且压力容器和管道检测时需要爬上趴下困难很大，无法随身携带。而且测厚一般是采用专门的超声测厚仪，超声测厚与超声应力也没有集成到一起。针对超声设备携带不便，专利cn201820951986.4提出的解决方法是专门设计了一套带有底板、推杆、滚轮、升降结构的平台来放置设备，虽然一定程度上便于移动，但是却相当于额外增加了一个小推车功能的机械结构，反而带来额外的不便。目前并没有找到制备更小型的易于携带的便携超声应力设备的解决方案.


技术实现要素：

4.现有的超声应力检测设备因为其对超声应力发射和采集模块要求较高，普遍采用pcie接口进行通信，导致模块只能集成在笔记本或工控机或台式机的主板上，难以集成到小型模块上。本发明基于自主开发的超声模块实现了以太网通信协议，将该协议与超声应力检测处理模块进行集成从而实现了小型化、便携化的可能，而这些是目前现有设备都没有实现的解决方案。为解决现有超声应力检测模块与便携工控机集成到一起后体积大质量重、不便于携带、不便于移动、检测时需要爬上趴下无法随身携带等问题，为实现制备体积小、重量轻、方便随身携带的超声应力设备，本发明实施例提供了一种小型便于携带的高精度测量应力和厚度的超声检测设备，其特征在于，包括：外壳、超声信号发射模块、超声信号接收模块、电源模块、信号处理模块；所述超声信号发射模块和超声信号接收模块固定在外壳内部；所述电源模块包括直流电源模块和/或锂电池模块，用于给设备供电；所述外壳前面板上开有用于超声信号发射和超声信号接收以及信号处理模块相互通信连接的接口；所述超声信号发射模块通过外壳上的发射接口与超声发射探头相连；所述超声信号采集模块通过外壳上的接收接口与超声接收探头相连；所述信号处理模块通过通信接口通过外壳上
的接口与超声信号发射模块、超声信号接收模块相连，用于处理采集的超声信号进行超声应力数据和超声测厚数据的计算；所述外壳上有至少一对螺孔，用于设备固定或与背肩带连接用于便携移动。
5.该设备既可以通过外壳内部的直流电源模块连接直流电为超声信号发射和超声信号采集模块供电外，还可以通过外置的锂电池模块为设备供电；进一步地，所述锂电池模块包括锂电池滑动底座和锂电池组，所述锂电池滑动底座通过螺丝固定在所述外壳外部，所述锂电池组上有滑动接口与锂电池滑动底座固定，可以通过更换锂电池组持续为设备供电。
6.上述超声发射模块包括超声脉冲发生电路、激励电路，超声发射模块固定在金属外壳面板的内部，并通过金属外壳前面板上的bnc接口与超声发射探头相连，用于激励超声发射探头产生超声波。
7.上述超声接收模块包括模数转换电路、存储电路、通信电路，超声接收模块固定在金属外壳面板的内部，并通过金属外壳前面板上的bnc接口与超声接收探头相连，用于接收超声接收探头采集到的超声信号，该超声信号被存储电路存储后经过通信电路转移给信号处理模块，超声接收模块通过金属外壳前面板上的千兆以太网口或usb接口与信号处理模块进行通信。
8.所述超声发射探头和超声接收探头的频率为2.5mhz-15mhz；所述超声接收模块采集频率为2ghz，或者至少为1ghz以上，其通过千兆以太网口或usb接口与信号处理模块进行通信；上述外壳前面板上开有用于超声信号发送和超声信号接收以及信号处理模块相互通信连接的接口。
9.进一步地，超声接收探头和超声发射探头通过连接件连接，连接件上含有对称的斜面，斜面上有垂直的螺纹孔分别用于固定一发一收形式的超声接收探头和超声发射探头，使其材料表面呈θ角，满足超声应力测试所述θ角设置为≤第一临界角；连接件上还包括磁铁，用于吸附在铁磁性材料上。
10.上述信息处理模块包括能够装载在微型笔记本或台式机或工控机或开发板上相应的信息处理软件程序；该程序的功能模块包括波形选择模块和闸门控制模块、超声测厚及超声应力计算模块。
11.进一步地，信息处理模块包括装载有信息处理程序的微型笔记本或工控机或开发板硬件；该信息处理硬件的功能模块包括波形选择模块和闸门控制模块、超声测厚及超声应力计算模块。例如，采用可翻转屏幕的微型笔记本或触屏一体机笔记本或平板电脑，装载能进行超声应力及厚度检测的信息处理模块。
12.上述外壳前面板两侧突出呈耳状，其上有螺孔用于连接快接接口用于固定或连接背肩带随身携带，背肩带上至少包括两组挂绳快接结构，分别用于连接金属外壳上的螺孔实现快速连接，以及连接装载信息处理模块的微型电脑，使金属外壳佩戴在身体的一侧，微型电脑佩戴在身体的前侧，配合锂电池模块减少供电电源的束缚，实现便携式穿戴。
13.相比于目前超声应力检测设备只能集成在便携工控机上，设备重量大，体积大，携带不方便，非常不利于出行和野外检测，本实施例中将超声应力检测设备集成为小型便携模块，只要与安装超声应力检测软件的任意笔记本或触摸一体机通过以太网口或usb接口进行通讯，就可以实现超声应力检测，该小型便携超声应力检测设备的金属壳体外形尺寸
不超过25cm*12cm*7cm，重量不超过1.5kg，非常小巧，重量轻，便于携带，配合合适的背肩带随身穿戴用于超声应力设备的携带和检测，方便压力容器和管道爬上爬下野外检测，而且集成了超声应力和厚度检测，可以同时完成.
附图说明
14.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
15.图1 小型便携高精度超声应力和厚度检测设备示意图，其中，外壳（1）、超声信号发射模块（2）、超声信号接收模块（3）、电源模块（略）、信号处理模块（4）、usb接口（9）、以太网口（10）、螺孔（11）、锂电池滑动底座（12）、工件材料（13）、连接件（14）.
具体实施方案
16.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
17.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
18.本发明实施例提供了一种小型便于携带的高精度测量应力和厚度的超声检测设备，其特征在于：包括铝合金外壳（1）、超声信号发射模块（2）、超声信号接收模块（3）、电源模块、信号处理模块（4）；所述超声信号发射模块（2）和超声信号接收模块(3)固定在外壳(1)内部；所述电源模块包括直流电源模块和/或锂电池模块，用于给设备供电；所述外壳(1)前面板上开有用于超声信号发射模块（2）和超声信号接收模块（2）以及信号处理模块（4）相互通信连接的接口；所述超声信号发射模块（2）通过铝合金外壳（1）上的发射接口（5）与超声发射探头（7）相连；所述超声信号接收模块（3）通过铝合金外壳（1）上的接收接口（6）与超声接收探头（8）相连；所述信号处理模块(4)通过usb(9)和/或以太网（10）通信接口与超声信号发射模块（2）、超声信号接收模块（3）相连，用于处理采集的超声信号进行超声应力数据和超声测厚数据的计算；所述外壳上有至少一对螺孔（11），用于设备固定或与背肩带连接用于便携移动。
19.该设备既可以通过金属外壳内部的直流电源模块为超声信号发射和超声信号接收模块供电外，还可以通过外置锂电池模块供电，其中外置锂电池模块包括锂电池滑动底座和锂电池组，锂电池滑动底座通过螺丝固定在金属外壳侧面，锂电池组上有与滑动底座对应的滑动接口，使用时将锂电池的滑动接口推入固定在金属外壳上的滑动底座，并通过相应的卡扣固定，从而为设备供电，可以通过更换锂电池组延长供电时间。
20.所述铝合金外壳前面板上开有用于超声信号模块和超声信号模块以及信号处理
模块相互通信连接的接口；上述超声发射模块包括超声脉冲发生电路、激励电路，超声发射模块固定在金属外壳面板的内部，并通过铝合金外壳前面板上的bnc发射接口与超声发射探头相连，用于激励超声发射探头产生超声波；上述超声接收模块包括模数转换电路、存储电路、通信电路，超声接收模块固定在金属外壳面板的内部，并通过金属外壳前面板上的bnc接收接口与超声接收探头相连，用于接收超声接收探头采集到的超声信号，该超声信号被存储电路存储后经过通信电路转移给信号处理模块；超声发射模块、超声接收模块通过金属外壳前面板上的千兆以太网口和/或usb接口与信号处理模块进行通信；所述超声发射探头和超声接收探头的频率为2.5mhz-15mhz；所述超声接收模块采集频率为2ghz，或者至少为1ghz以上，其通过千兆以太网口或usb接口与信号处理模块进行通信，其应力检测的精度为
±
5mpa。
21.上述超声接收探头和超声发射探头通过连接件连接，连接件上含有对称的斜面，斜面上有垂直的螺纹孔分别用于固定一发一收形式的超声接收探头和超声发射探头，使其材料表面呈θ角，满足超声应力测试所述θ角设置为≤第一临界角；连接件上还包括磁铁，用于吸附在铁磁性材料上。
22.上述信息处理模块包括能够装载在微型笔记本或工控机或开发板上相应的信息处理软件程序，也包括装载有信息处理程序的微型笔记本或工控机或开发板硬件；该程序的功能模块包括波形选择模块和闸门控制模块、超声测厚及超声应力计算模块，用于确定超声测厚和超声应力计算所需要的相关波形数据。例如，采用可翻转屏幕的微型笔记本或触屏一体机笔记本或平板电脑，装载能进行超声应力及厚度检测的信息处理模块，或者装载有能进行超声应力及厚度检测软件的开发板；所述信息处理模块包括滤波、增益、取平均的算法功能，保证测量结果更加准确。
23.所述金属外壳的前面板比后面板长，其两侧突出呈耳状，其上有螺孔用于连接快接接口用于固定或连接背肩带随身携带；背肩带上至少包括两组挂绳快接结构，分别用于连接金属外壳上的螺孔实现快速连接，以及连接装载信息处理模块的微型电脑，使金属外壳佩戴在身体的一侧，微型电脑佩戴在身体的前侧；配合锂电池模块减少供电电源的束缚，实现便携式穿戴。
24.所述金属外壳内部固定有用于散热的风扇，金属外壳面板上有用于散热的孔洞，所述金属外壳面板可通过电镀或喷漆改变外观颜色，也可以通过贴膜改变外观颜色或形貌。
25.相比于目前超声应力检测设备只能集成在便携工控机上，设备重量大，体积大，携带不方便，非常不利于出行和野外检测，本实施例中将超声应力检测设备集成为小型便携模块，只要与安装超声应力检测软件的任意笔记本通过以太网口或usb接口进行通讯，就可以实现超声应力检测，该小型便携超声应力检测设备的金属壳体外形尺寸不超过25cm*12cm*7cm，非常小巧，重量轻，便于携带，配合微型笔记本可以通过合适的背肩带随身穿戴用于超声应力设备的携带和检测。
26.需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明
所必须的。
27.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
28.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
29.所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
30.另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
31.所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、移动终端、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
32.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。