[實用新型]一種基于寬帶調頻及接收補償的超聲波測厚裝置

有效

• 申請號: 201220488269.5
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN203163705U
• 公開（公告）日: 2013-08-28
• 發明（設計）人: 韋崗;余業林;楊萃
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本實用新型涉及超聲波測厚技術，具體涉及一種基于寬帶調頻及接收補償的超聲波測厚裝置。

背景技術

自上世紀四十年代美國GM公司首次推出超聲波測厚儀以來，至今已廣泛應用于航天、軍工、石油、化工、造船、交通等領域。超聲波測厚儀由于測量精度高、攜帶方便、對被測物體表面無損傷等諸多優點而被廣泛用于各種壁厚的測量。特別是在航空航天領域用于火箭發動機包覆層和各種高速飛行器頭部包裹層厚度的測量、在軍工產品的生產線上對炮彈壁厚的測量、在石油工業上對高壓油氣管道的測量、在化工領域對各種高爐、鍋爐、壓力容器壁厚的測量上有著高精度、全角度、無損傷等嚴格要求，使得超聲波測厚成為幾乎無法替代的方法。

目前，超聲測厚儀按測量原理不同可分為共振法、蘭姆波法和脈沖發射法三種。共振法測厚的基本原理是當被測量工件的厚度為超聲波波長的1/2或其整數倍時，入射波與反射波同相并在工件內部產生駐波引起共振，工件共振時超聲波換能器的負載阻抗減小，振蕩器的集電極電流增加以指示共振，測量時記錄下兩個相鄰的共振頻率，即可求出工件的厚度。采用共振法的超聲波測厚儀可測厚度為0.1mm以上的材料，且精度高，可達0.1%，但是該超聲波測厚儀對工件兩個表面的光潔度要求較高，適應范圍窄。蘭姆波是一種由超聲波縱波和橫波在薄板內相互耦合合成的特殊形式的應力波，又稱“板波”。蘭姆波法測厚的基本原理是當超聲波頻率及入射角度與工件厚度成一定關系時，方產生蘭姆波，因而改變換能器的角度或頻率，使顯示屏上出現蘭姆波，以換能器的角度或頻率來度量厚度。采用蘭姆波法的超聲波測厚儀適用于測厚度小于2mm的板材和薄壁管材，精度高，但是該方法同樣對工件表面光潔度要求較高，另外在對蘭姆波聲場特性的研究上，還有不少問題和困難需要解決，至今沒有形成統一的理論，要把它發展成為一項成熟的技術還有很多基礎工作尚未完成。相對而言，脈沖反射法原理簡單，實現方便，是目前應用最為廣泛的一種方法。脈沖發射法的原理是通過測量超聲波在工件上、下底面之間往返一次傳播的時間來求得工件的厚度。該方法對工件的表面光潔度要求不高，可測粗糙表面、凹面以及帶漆面材料的，適用范圍廣，但是該方法精度不高，且有一定的近場盲區。

目前，國內外基于脈沖反射法的超聲波測厚儀產品較多，其中，國外比較典型的有德國K-K公司的DM5E系列超聲波測厚儀，其測量范圍是0.6～508mm，顯示精度0.01mm；美國Panametrics-NDT公司的26MG系列超聲波測厚儀，其測量范圍是0.5-500mm，顯示精度0.01mm；日本AD公司的3253系列超聲波測厚儀，其測量范圍是0.8-200mm，顯示精度0.01mm。國內具有代表性的產品是北京時代儀器公司的TT系列超聲波測厚儀，其測量范圍是0.8-300mm，顯示精度0.1mm。上述超聲波測厚儀都是基于脈沖反射法的原理，其給出的指標只是理論范圍，在實際中，還會因為多種原因引起測量精度降低甚至數值異常等情況的發生。

脈沖反射式超聲測厚儀需要通過硬件檢測回波脈沖來確定脈沖信號往返的時間，而回波脈沖的檢測是基于聲壓（即幅度）特征的。根據聲波的疊加原理，超聲波發射聲場波源軸線上任意一點的聲壓的表達式為

P=2P0sin[πλ(D24+x2-x)]sin(ωt-kx)---(1)]]>