一种自激自收型声波入射角度任意可调的超声反射测量装置

本发明涉及一种自激自收型超声反射自动检测装置，属于超声无损检测领域。

背景技术：

1、超声波反射测量技术作为一种无损检测方法，已被广泛应用于材料缺陷的无损表征。此外，这种技术也可用于无损表征材料性质，如弹性常数、杨氏模量、泊松比等。在利用超声波进行检测时，需要在传感器与被测试件之间涂覆耦合剂，以实现超声波的传导。然而，这种接触测量方法存在一定的局限性，例如难以实现声波的多角度入射，以及难以实现曲面工件的测量等。为解决这些问题，水浸或喷水式超声检测技术应运而生，它们能实现非接触测量，并通过水作为耦合环境，实现最佳的声耦合。

2、然而，在进行水浸超声测量时，当前的设备通常只能实现垂直入射，当存在一定的声波入射角度时，根据斯涅尔定律反射声波会存在一定角度，因此无法实现仅用一款自激自收型传感器实现多角度反射声波测量，当需要变角度测量时需在每一角度时均需要改变接收传感器的位置，进一步增加了测量难度。并且只能手动调节传感器的入射角度及接收传感器位置时，这通常会导致较大的误差。在测量各向异性材料的力学性能时，需要多角度入射超声波，而当前设备存在的角度控制问题制约了各向异性材料力学性能超声无损检测的发展。

3、因此，对于材料性质的超声无损表征，我们迫切需要一种能提供水浸环境，并且在测量时能够仅用一款传感器无需调节接收位置，并能够精确调节声波入射角度的装置。设计一种自激自收型入射角度任意可调的水浸超声测量装置，对新型材料的材料性质的超声无损表征具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中的不足，提供一种自激自收型入射角度任意可调的水浸超声反射测量装置，解决常用水浸超声反射测量装置需反复调节接收传感器位置，且无法控制声波入射角度或角度控制不准确的问题，满足各类材料实际材料属性检测的需求。

2、本发明采用的技术方案为利用垂直于声波入射方向的声反射板对测试试件的透射波进行反射，之后声波再次反向透射测试试件，根据斯涅尔定律，此时声波可由固定位置处的自激自收型传感器接收；进一步，通过步进电机控制试件进行偏转，实现不同角度声波入射。在对平板类试件进行检测时，可通过试件夹具固定，步进电机带动试件偏转，实现声波的多角度入射。

3、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种自激自收型声波入射角度任意可调的超声反射测量装置

4、包括：支撑框架1、水箱2、反射声波测试框架3；

5、所述反射声波测试框架3由固定底座14、传感器固定滑轨5、传感器夹具7、传感器9、试件下端夹具10、试件上端夹具11、步进电机4和声反射板8构成；

6、支撑框架1为由金属材料通过螺栓连接构成的框架结构，所述水箱2安装于支撑框架1的框架结构中病通过玻璃胶进行密封；反射声波测试框架3内置于水箱2中，由固定底座14通过螺栓和密封胶垫通过水箱2底部连接于支撑框架1的底部桁架上；

7、所述固定底座14通过螺栓固定传感器固定滑轨5，在超声传感器9的对侧固定声反射板8；固定底座14内置轴承13连接试件下端夹具10；步进电机4通过螺栓固定于测试框架3的上桁架，连接试件上端夹具11；测试试件12被试件下端夹具10、试件上端夹具11夹持；

8、所述传感器固定滑轨5通过螺栓连接于固定底座14和测试框架3的上桁架，并可通过螺栓固定传感器夹具7；传感器夹具7内置螺纹用于固定超声传感器9，并且内置垫片实现传感器接线处防水。

9、进一步地，所述支撑框架1用于对整体测试机构进行承载；

10、进一步地，所述水箱2设有进水口与排水口，通过抽水装置为测试装置供水；水箱2为开放式结构，用于对超声传感器9、试件12进行安装以及开展实验等操作；

11、进一步地，所述反射声波测试框架3能够进行测试试件和超声传感器安装，对被测的试件12进行水浸超声实验检测；

12、进一步地，所述超声传感器9为水浸超声自激自收型传感器，用以在水中激励和接收超声波对试件进行测试；

13、进一步地，超声波由传感器激励后，透射过试件12，由声反射板8，将透射波反射，超声波再次透射过测试试件，根据斯涅尔定律，此时声波沿传播路径返回到传感器，由传感器接收反射声波；

14、进一步地，所述步进电机4能够带动测试试件高精度小角度转动，实现声波的全角度入射。

15、与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果。

16、本发明利用声反射板反射试件的透射波，可以实现一款自激自收型超声传感器便实现超声反射的多角度测量，相比于传统反射测量方法，提高了检测效率；步进电机的旋转调节声波入射角度，通过增加声反射板实现反射回波的同路径接收，提高板类结构超声检测的适用范围，实现可实现复合材料板等各向异性材料检测中对不同入射角度的要求。相比于已有的手动调节式检测设备，本发明利用生反射板和步进电机实现更高精度的超声反射自动检测，在检测设备上进行了创新。通过步进电机带动测试试件转动实现任意角度波形入射，通过设置垂直于激励声波声传播方向的声反射板，反射试件的透射声波，使得可通过一个自激自收型超声传感器便能接收变角度斜入射的反射声波。

17、本发明的结构为外部支撑框架内置超声透射测试水箱，步进电机固定于支撑框架上横梁，连接试件上端夹具以实现试件旋转；测试框架固通过螺栓固定于测试水箱底部并于支撑框架连接；反射声波测试框架包括传感器固定导轨、测试试件夹具、超声传感器夹具、超声传感器和声反射板。本装置可通过步进电机逐级调节声波入射角度，实现各角度透射信号获取，及波速测量，从而可以根据材料属性超声测量原理表征位置材料属性，本装置可通过自动化变角度测量及设置声反射板，简化测量过程，实现精准测量。

技术特征：

1.一种自激自收型声波入射角度任意可调的超声反射测量装置，其特征在于，包括：支撑框架(1)、水箱(2)、反射声波测试框架(3)；

2.根据权利要求1所述的一种自激自收型声波入射角度任意可调的超声反射测量装置，其特征在于，所述支撑框架(1)用于对整体测试机构进行承载。

3.根据权利要求1所述的一种自激自收型声波入射角度任意可调的超声反射测量装置，其特征在于，所述水箱(2)设有进水口与排水口，通过抽水装置为测试装置供水；水箱(2)为开放式结构，用于对超声传感器(9)、试件(12)进行安装以及开展实验操作。

4.根据权利要求1所述的一种自激自收型声波入射角度任意可调的超声反射测量装置，其特征在于，所述反射声波测试框架(3)能够进行测试试件和超声传感器安装，对被测的试件(12)进行水浸超声实验检测。

5.根据权利要求1所述的一种自激自收型声波入射角度任意可调的超声反射测量装置，其特征在于，所述超声传感器(9)为水浸超声自激自收型传感器，用以在水中激励和接收超声波对试件进行测试。

6.根据权利要求1所述的一种自激自收型声波入射角度任意可调的超声反射测量装置，其特征在于，超声波由传感器激励后，透射过试件(12)，由声反射板(8)，将透射波反射，超声波再次透射过测试试件，根据斯涅尔定律，此时声波沿传播路径返回到传感器，由传感器接收反射声波。

7.根据权利要求1所述的一种自激自收型声波入射角度任意可调的超声反射测量装置，其特征在于，所述步进电机(4)能够带动测试试件高精度小角度转动，实现声波的全角度入射。

技术总结
本发明公开了一种自激自收型声波入射角度任意可调的超声反射测量装置，外部支撑框架内置超声透射测试水箱，步进电机固定于支撑框架上横梁，连接试件上端夹具以实现试件旋转；测试框架固通过螺栓固定于测试水箱底部并于支撑框架连接；反射声波测试框架包括传感器固定导轨、测试试件夹具、超声传感器夹具、超声传感器和声反射板。本装置可通过步进电机逐级调节声波入射角度，实现各角度透射信号获取，及波速测量，从而可以根据材料属性超声测量原理表征位置材料属性，本装置可通过自动化变角度测量及设置声反射板，简化测量过程，实现精准测量。

技术研发人员：卞泽琦,吴斌,吕炎,高杰,何存富
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/30