[發明專利]一種金屬管用超聲波測厚探頭及金屬管用超聲波測厚方法

有效

• 申請號: 201610067060.4
• 申請日: 2016-01-30
• 公開（公告）號: CN105737771B
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發明（設計）人: 覃波;彭欣
• 申請（專利權）人: 湖南工程學院
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 上海精晟知識產權代理有限公司 31253
• 代理人: 熊嫻;馮子玲

本發明提供金屬管用超聲波測厚探頭，探頭內設置有多個向心排布的晶片。與現有技術相比，本發明提供的探頭極大的減少了金屬管厚度測量過程中探頭移動的次數，并且測量不同規格的金屬管時僅需更換制作成本低廉的楔塊，而不需要更換整個探頭，具有測量效率高的特點、測量成本低的特點，可廣泛應用于水冷壁管內壁腐蝕，疏水管彎頭內壁沖刷減薄等測量中。

技術領域

本發明涉及一種金屬管用超聲波測厚探頭及金屬管用超聲波測厚方法，具體而言是一種采用多個向心排布的晶片進行厚度測量的金屬管用超聲波測厚探頭及金屬管用超聲波測厚方法。

背景技術

超聲波是一種頻率高于20000赫茲的聲波，它的方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，由于其處理方便，并有良好的指向性，因此經常用于測量各種板材、管材壁厚、鍋爐容器壁厚及其局部腐蝕、銹蝕的情況，對設備安全運行及現代化管理起著主要的作用。超聲波測厚是根據超聲波脈沖反射原理來進行厚度測量的，當探頭發射的超聲波脈沖通過被測物體到達材料分界面時，脈沖被反射回探頭通過精確測量超聲波在材料中傳播的時間來確定被測材料的厚度。利用超聲波進行金屬管壁厚測量是一種常見的測量工藝，由于金屬管在使用過程中容易腐蝕減薄，因而定期測量金屬管壁厚是一種必要的安全生產管理措施。傳統的金屬管超聲波測厚技術采用的是單晶片探頭發散聲束進行厚度測量，其缺點在于探頭每接觸被測一次僅能測量單點位置的厚度，測量金屬管其他點時需要不斷移動探頭，這樣一來整個測量過程中的移動次數增加，測量效率低且容易出現漏檢的情形。因而，如何實現單次對金屬管的多個測量點進行測量，減少測量過程中探頭的移動次數，從而提高測量效率是亟待解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提供一種采用多個向心排布的晶片進行厚度測量的金屬管用超聲波測厚探頭及金屬管用超聲波測厚方法，具體發明內容如下：

一種金屬管用超聲波測厚探頭，探頭內設置有至少兩個向心排布的晶片。通過在探頭內設置多個晶片可實現一次性對多個被測點進行厚度測量，減少了探頭在被測金屬管外壁的移動次數，提高了測量效率。優選地，晶片可呈單行排布或者多行排布。更優選地，為了實現晶片具備發射超聲波和接收回波的雙重功能，晶片可選用壓電晶片，較佳地，可選用矩形晶片，矩形晶片的長度范圍可為5mm至15mm，此時相鄰晶片的中心距離范圍可優選為0.5mm至1.5mm。此外，為了滿足不同厚度的金屬管壁的測量，本發明所提供的探頭可選用頻率為1MHz至15MHz壓電晶片。

優選地，晶片設置在一探頭殼體內。進一步優選地，探頭殼體設有一呈圓柱面狀的發射面，多個向心設置的晶片沿該發射面排布。此時晶片發射的超聲波可通過該發射面進入被測金屬管。更進一步優選地，多個晶片沿發射面呈單行或者多行排布。較佳地，該發射面的寬度尺寸應不小于晶片的長度尺寸。此外，考慮到金屬管的外壁形狀特征，該發射面的弧度應當大于0度但不大于180度。

為了防止探頭的晶片在測量過程中被粗糙的金屬管外壁磨損，所述探頭還包括一與探頭殼體內表面契合的楔塊，當所述探頭測量時，所述楔塊位于探頭殼體和被測金屬管外壁之間。其中，與探頭殼體耦合的面為連接面，與被測金屬管外壁耦合的面為測量面。優選地，連接面與探頭殼體的發射面貼合，測量面與被測金屬管部分外壁貼合。更優選地，為了使楔塊與探頭配套使用，各晶片發射的超聲波依次通過發射面、連接面和測量面。較佳地，為了更好的配合金屬管的外壁形狀，可將測量面設置成一圓柱面。此時，楔塊的連接面與測量面的寬度和弧度均分別不小于發射面的寬度和弧度。

進一步優選地，為了使楔塊與探頭配合得更好，連接面與測量面共一對稱軸設置。值得一提的是，為了使超聲波通過楔塊后以0度入射角入射金屬管，換言之，為了使超聲波在金屬管壁內通過的路徑剛好為金屬管的壁厚，可將測量面半徑設置成小于連接面半徑，并進一步將連接面與測量面同軸設置，此時，超聲波在楔塊內的通過路徑與連接面、測量面的半徑方向重合。此外，楔塊采用有機玻璃制作。