專利名稱：利用超聲波對樣本進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對樣本進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)的裝置。在這方面，該樣本也可由在制 造過程中改變性質(zhì)的關(guān)鍵材料形成，例如淬火或凝固。本發(fā)明還可用于特性化其他材料，所述其他材料經(jīng)過相變或通過其他機(jī)械、熱、化 學(xué)或生物過程改變。但是，也可能應(yīng)用于固體、已經(jīng)固化或硬化的樣本。
背景技術(shù)：
諸如水泥、砂漿、石膏和混凝土材料的固化過程或硬化過程的實(shí)際進(jìn)程具有決定 性作用，其決定完全硬化的建筑元件是否已經(jīng)達(dá)到其預(yù)定的機(jī)械性能，特別是其強(qiáng)度。因?yàn)?硬化過程取決于多種參數(shù)，例如混凝土攪拌機(jī)的容量，初始產(chǎn)物(水泥、集料、添加劑)的特 性，水與水泥的比率，環(huán)境溫度，濕度，入射太陽輻射等。硬化的條件不可能保持完全不變， 其受到材料特性的影響而發(fā)生變化。為了確定固化過程或硬化過程的實(shí)際進(jìn)程以及相應(yīng)的 硬化材料特性，因此需要低成本且簡便的測試過程，其測量物理參數(shù)，所述物理參數(shù)與硬化 的整個過程中的機(jī)械材料性質(zhì)非常相關(guān)。這些參數(shù)例如可以是超聲壓力波和剪切波的速度 和阻尼或水分含量。建筑業(yè)中一種簡單、普遍使用的方法是取走少量礦樣，并隨后進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)，例 如實(shí)驗(yàn)室中的拉伸實(shí)驗(yàn)和彎曲實(shí)驗(yàn)。這種方法不能以非破壞性方式實(shí)施?？蓛H在建筑元件 的某些點(diǎn)處提取礦樣。在提取礦樣之后，鉆孔必須被再次填充。礦樣還可以大規(guī)模硬化狀 態(tài)被提取和檢查。硬化過程的重要的早期過程以及其整個進(jìn)程仍然被忽略?；貜楀N，也稱為回彈儀，適用于混凝土的耐壓強(qiáng)度的非破壞性實(shí)驗(yàn)。但其缺點(diǎn)在于 測量僅能在表面上的某些點(diǎn)進(jìn)行，且僅能在硬化過程的后期使用。也可在硬化過程的早期使用，從而可監(jiān)測整個硬化進(jìn)程的非破壞性實(shí)驗(yàn)過程通常 基于超聲技術(shù)。在這方面，kHz至MHz頻譜的超聲波耦合進(jìn)建筑元件且/或通過通常為壓 電元件的永久有用的傳感器來進(jìn)行探測和評估。在這方面，不同的超聲參數(shù)可與材料的強(qiáng) 度特性，且特別是與硬化過程的特定階段聯(lián)系。原則上，測量可能在較小的、單獨(dú)的材料樣 本(通常為較小的立方體)上實(shí)施，但還能直接在建筑元件上實(shí)施。不同的過程已在技術(shù) 文獻(xiàn)中有所描述。這些過程可粗略地分為-反射過程，其中評估從建筑元件的(可進(jìn)入的)表面反射，從其背面壁反射或從 位于建筑元件中的部件反射的反射回聲；-透射過程，其中評估穿過建筑元件的波；-瑞利波過程，其利用直接位于建筑元件表面處的表面波；-共振或沖擊回聲過程，其中測量要檢驗(yàn)的建筑元件的固有共振-特別是厚度共 振；以及-聲發(fā)射過程，其中聲發(fā)射發(fā)生在建筑元件體積中的硬化過程期間，并由結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化 產(chǎn)生且探測縮減。利用上述過程可確定與材料質(zhì)量有關(guān)的多個材料參數(shù)(其他取決于頻率和負(fù)載)。多數(shù)情況下，它們是壓力波和剪切波的聲速(直接通過飛行測量時(shí)間獲得或通過聲阻 抗直接從振幅反射系數(shù)獲取)以及它們的阻尼常數(shù)。而且，還有相應(yīng)的瑞利波參數(shù)(聲速 和阻尼)，但它們與壓力波和剪切波的彈性模量直接關(guān)聯(lián)。但是當(dāng)前已知的過程都不能同時(shí)確定兩種類型的波以及反射設(shè)置和透射設(shè)置 (即，用于表面測試和用于體積測試)的聲速和阻尼的兩個參數(shù)。通常，僅使用一種波形(壓 力波)且僅能測定表面特性或體積特性。誠然，原則上所有設(shè)置都可互相組合，但為此則需 要額外的(橫向)傳感器和測量裝置。這就增加了復(fù)雜度且因此增加了整個結(jié)構(gòu)的成本， 這在建筑行業(yè)中是一個凸顯的問題。而且如果兩個變化器集成在一個測量元件中，則通常 需要兩個不同的線路在同時(shí)測量時(shí)接收壓力波和剪切波，這會由諸如混凝土的各種各樣的 介質(zhì)導(dǎo)致一些問題，因?yàn)椴牧蠀?shù)會沿著不同路線發(fā)生統(tǒng)計(jì)學(xué)離差。所謂的棱柱體技術(shù)公開于GB22215056A中，其對壓力波和剪切波的聲速測量可被 理解為僅具有單一(壓力波)試驗(yàn)壓頭以及一個相同的路線。在該過程中，材料樣本不含 立方體(對于多種標(biāo)準(zhǔn)實(shí)體測試來說)，而是棱柱體。通過改變從水槽入射到棱柱體基體的 壓力波的入射角，壓力波和剪切波可以簡單的方式產(chǎn)生在樣本內(nèi)部，其以垂直方式入射到 棱柱體側(cè)面，并在該處被反射，且隨后返回至位于相同路徑上的傳感器。樣本的特殊形狀使 得僅通過反射壓力波和剪切波的飛行時(shí)間(所述飛行時(shí)間是容易測量的)就能確定關(guān)聯(lián)的 聲速，且因此可以通過壓力模量和剪切模量或彈性模量的已知密度確定材料的泊松數(shù)。棱柱體法優(yōu)于傳統(tǒng)角度計(jì)方法和其他用于產(chǎn)生剪切波過程的優(yōu)勢詳細(xì)描述于上 述專利文獻(xiàn)中。但是，利用棱柱體技術(shù)僅能確定樣本的體積特性，這是因?yàn)閮H評估了穿過材料的 波。需要第二傳感器，以用于借助棱柱體基體處的反射來確定表面特性。但該過程肯定存 在的缺點(diǎn)在于硬化過程中常常需要再調(diào)整兩個類型波的最佳耦合的臨界角，因?yàn)樗鼈內(nèi)Q 于材料。由此不可避免的發(fā)生相對于最佳角度的微小偏離。誠然，這些偏離不會對飛行時(shí) 間測量產(chǎn)生任何直接影響，但會顯著地影響聲耦合的效果以及阻尼測量的效果。最后，需要提及的是棱柱體的功能取決于要被檢測的建筑元件的特定幾何形狀。 因此該過程必須需要單獨(dú)的和特別制造的棱柱體形材料樣本。因此不可能例如通過附接技 術(shù)利用由混凝土制成的實(shí)際建筑元件。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目標(biāo)是能夠在樣本上借助超聲波來實(shí)施非破壞性試驗(yàn)，其中可同 時(shí)使用壓力波和剪切波，且在這點(diǎn)上，可以在不同樣本上簡單并靈活地進(jìn)行檢測。根據(jù)本發(fā)明，上述目標(biāo)通過具有權(quán)利要求1特征的裝置實(shí)現(xiàn)。通過從屬權(quán)利要求 中所述特征可理解本發(fā)明的有利實(shí)施例和其他改進(jìn)。本發(fā)明中，至少一個超聲壓力波傳感器設(shè)置在前端單元處。前端單元充滿液體且 該前端單元的開口側(cè)設(shè)置在轉(zhuǎn)換棱柱體的表面(A)的一側(cè)上，以便液體和表面(A)接觸。 轉(zhuǎn)換棱柱體代表固體且應(yīng)由均質(zhì)材料形成。設(shè)置于測試過程中的轉(zhuǎn)換棱柱體具有另一表面 (B)，其位于要被測試的樣本的表面上。根據(jù)本發(fā)明的可替換實(shí)施方式中，單一超聲壓力波傳感器(Tx)可在至少兩個不 同的位置處移動至前端單元，且可從這些位置發(fā)射超聲波并也可再次探測反射的超聲波。
根據(jù)本發(fā)明的另一可替換實(shí)施方式中，各個超聲壓力波傳感器可固定地設(shè)置在至 少兩個位置。在這方面，選擇上述傳感器的定位以便各個位置與設(shè)置在樣本上的轉(zhuǎn)換棱柱 體的表面㈧的中心之間的距離相等。本發(fā)明中，測量單元可與超聲壓力波傳感器(超聲脈沖器/接收器)、數(shù)字示波器 以及具有控制和評估軟件的電腦一起使用。脈沖器/接收器和數(shù)字示波器還可由相應(yīng)的集成了上述兩者的電腦測量板替代。本發(fā)明的特定技術(shù)特征在于液體填充的前端單元在一側(cè)具有開口，并具有一個或 兩個超聲壓力傳感器以及具有可選的阻尼元件，轉(zhuǎn)換棱柱體同樣也可選地配備用于產(chǎn)生壓 力波和剪切波的吸收材料，壓力波和剪切波以垂直方式入射到樣本上，且具有相同的飛行 時(shí)間，且特定樣本與可能要檢測的特定棱柱體連接，且矩形材料樣本在房屋和實(shí)際建筑元 件的一側(cè)上具有開口。在理想的情況下，可借助一個利用本發(fā)明的相同裝置測定下述參 數(shù)1-樣本體積中的壓力波聲速(透射)；2-壓力波的振幅反射系數(shù)；3-樣本表面處的壓力波的聲速(在這方面，還有電流參數(shù)-樣本表面處的壓力波 速度-來源于第二通道-振幅反射系數(shù)，其也施加至下述參數(shù))；4-樣本體積中的剪切波聲速(透射)；5-剪切波的振幅反射系數(shù)；6-樣本表面處的剪切波聲速(從5獲得)；7-表面波的聲速(從3和6獲得)；8-樣本體積中的彈性模量和泊松數(shù)(透射，從1和4獲得)；9-樣本表面處的彈性模量和泊松數(shù)(反射，從3和6獲得)；10-樣本體積中的壓力模量和剪切模量(透射，從1和4獲得)；11-樣本表面處的壓力模量和剪切模量(反射，從3和6獲得)；12-樣本中的壓力波的阻尼(透射)；以及13-樣本體積中的剪切波的阻尼(透射)；現(xiàn)有已知的技術(shù)方案都未提供這些可能性的組合。液體填充的前端單元在一側(cè)具有開口并具有一個或兩個壓力波傳感器以及可選 的吸收材料/阻尼元件，用于超聲壓力波的再生激勵和探測。優(yōu)點(diǎn)在于壓力波和剪切波都 可以非常簡單的方式產(chǎn)生，并通過波形轉(zhuǎn)換在液體/棱柱體的聲學(xué)上理想的交界面處與轉(zhuǎn) 換棱柱體相互作用。前端單元中的干涉多重回聲可有效地通過可選的吸收材料來抑制。所述轉(zhuǎn)換棱柱體可以同樣可選地具備吸收材料，其產(chǎn)生折射或前端單元中激發(fā)的 壓力波轉(zhuǎn)變?yōu)榧羟胁ǖ牟ㄐ无D(zhuǎn)換。這種設(shè)置的主要優(yōu)點(diǎn)在于對應(yīng)于超聲壓力波傳感器的位 置Tl和T2的所激發(fā)的波(壓力波和剪切波)在相等路徑上以45°角進(jìn)入棱柱體，接著以 垂直方式入射到材料樣本上，并與之相互作用，且接著以完全相同的路徑再次回到超聲壓 力波傳感器。這種路線與樣本的材料參數(shù)無關(guān)，且因此在整個固化過程或硬化過程期間允 許不變的、可重復(fù)的測量。在多數(shù)情況下，轉(zhuǎn)換棱柱體的側(cè)面D允許多重回聲序列的測量，且因此致使材料 參數(shù)測量中的較高精度。在某些其他情況中，其中多重回聲或多或少都具有干涉效應(yīng)，側(cè)面
5D可選地可設(shè)置為吸收材料。Dl有效地抑制多重回聲并致使主要回聲更好的信噪比。通過轉(zhuǎn)換棱柱體的下側(cè)的材料樣本的特定連接還允許對實(shí)際建筑元件的測量，在 一側(cè)具有材料覆蓋物開口且借助附接技術(shù)對轉(zhuǎn)換棱柱體具有理想的聲耦合。用于樣本的特 殊設(shè)計(jì)的棱柱體外殼會放大來源于樣本的回聲信號，因?yàn)檫€可以探測到實(shí)際上以垂直方式 沒有入射到樣本上的發(fā)散波部分。因?yàn)槿涌谑强勺兊?，所以可以使用更簡單的矩形外?來代替。因此還可檢測廣泛用于建筑工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)立方體樣本?？傊梢源_定的是，在各種情況下都可利用本發(fā)明在實(shí)驗(yàn)室和在建筑工地中應(yīng) 用的情況下根據(jù)一個且相同的裝置(測量單元)并在整個硬化過程中測量透射設(shè)置和反射 設(shè)置下的壓力波特性和剪切波特性。這些測量可通過基于電腦的控制、數(shù)據(jù)記錄和數(shù)據(jù)評 估完全自動地進(jìn)行，因?yàn)閮H實(shí)施基于脈沖的飛行時(shí)間測量。而且可能在建筑行業(yè)和其他應(yīng) 用中實(shí)現(xiàn)低成本和可靠應(yīng)用，這是因?yàn)樵撃陀醚b置具有簡單的結(jié)構(gòu)。


以下參考實(shí)例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第一實(shí)例，其具有可定位的超聲壓力波傳感器；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的裝置的第二實(shí)例，其具有固定安裝在兩個位置處的兩個超 聲壓力波傳感器；圖3示出另一實(shí)例，其具有固定安裝在兩個位置處的兩個超聲壓力波傳感器以及 矩形外殼；圖4示出另一實(shí)例，其具有固定安裝在兩個位置處的兩個超聲壓力波傳感器，其 中該裝置直接設(shè)置在材料表面上；以及圖5示出另一實(shí)例，其具有超聲吸收和散射壁。
具體實(shí)施例方式在圖1示出的實(shí)例中，正超聲波傳感器試驗(yàn)壓頭設(shè)置在裝置上，以作為超聲波壓 力傳感器Tx，其可在聽覺上產(chǎn)生和探測寬帶脈沖信號。其附接至前端單元2的外殼，該前端 單元2在一側(cè)具有開口并填充有液體，其中有源傳感器表面位于液體中。前端單元連接到 固定的轉(zhuǎn)換棱柱體3且位于表面上。在這方面，液體和轉(zhuǎn)換棱柱體的表面直接接觸。樣本4置于外殼5中，該外殼5在一側(cè)具有開口，其中在這種樣本材料的情況下， 該外殼5也可以是固化和/或硬化的。超聲壓力波傳感器Tx可以是壓電試驗(yàn)壓頭，例如人造或天然聚焦浸沒試驗(yàn)壓頭。 在這方面，本發(fā)明中使用的活性裝置-超聲波壓力傳感器Tx應(yīng)設(shè)置在前端單元2的液體 中。這種液體僅允許壓力波在其內(nèi)透射，且通常為水，但原則上也可使用其他液體。不同金 屬可作為前端單元2的外殼的材料，例如構(gòu)造鋼，但也可使用其他固體，例如玻璃纖維增強(qiáng) 塑料(GRP)或碳纖維增強(qiáng)塑料(CRP)。超聲壓力波傳感器Tx可沿環(huán)形線移動，使得其可發(fā)射超聲波且還能在該處進(jìn)行 探測的中心與轉(zhuǎn)換棱柱體A的基部邊緣的中心之間的幾何距離保持相等。超聲壓力波傳感 器Tx可鎖定在至少兩個位置Tl和T2。關(guān)聯(lián)的角位Θ1和θ 2分別對應(yīng)于臨界角，壓力波或剪切波與轉(zhuǎn)換棱柱體3的耦合的最大反射角為45°。已知液體中的兩個入射角Θ1和 θ 2僅取決于轉(zhuǎn)換棱柱體3的材料特性。用于轉(zhuǎn)換棱柱體3的典型材料是結(jié)構(gòu)鋼，但根據(jù)應(yīng) 用也可采用其他固體材料。根據(jù)本發(fā)明的裝置，各個超聲壓力波傳感器Tx的有源表面應(yīng)設(shè)置在位置Tl、Τ2 處，以便在各種情況下，其與表面A的中心之間的距離都相等。包括超聲壓力波傳感器Tx的前端單元2通過密封的快速夾持連接或螺釘連接Kl 和Κ2以不漏流體的方式固定連接到轉(zhuǎn)換棱柱體3，以便在液體和棱柱體材料之間形成直接 的、最優(yōu)化的聲耦合。但這種連接可以被解除，以便(如果需要)不同的前端單元2可與具 有不同尺寸和不同材料的不同轉(zhuǎn)換棱柱體3組合。壓力波(位置Tl)和剪切波(位置1 分別產(chǎn)生在前端液體和轉(zhuǎn)換棱柱體3之間 的界面的位置A處(取決于超聲壓力波傳感器Tx的位置)，所述壓力波或剪切波以相對于 入射軸呈45°角折射進(jìn)轉(zhuǎn)換棱柱體3。在這方面，必須強(qiáng)調(diào)的是入射臨界角的準(zhǔn)確觀察數(shù) 據(jù)在所述情況下不是絕對必須的(與角度計(jì)設(shè)置相反)。因?yàn)榇蠖鄶?shù)明顯聚焦的超聲波束 在入射臨界角“附近”的波部分以45°的“正確”角度折射進(jìn)轉(zhuǎn)換棱柱體3中。在穿過水/棱柱體界面A之后，各個波(壓力波或剪切波)以垂直方式入射到轉(zhuǎn) 換棱柱體3的表面B上，所述表面與樣本4的可選地固化和/或硬化材料直接接觸。各個 波形式的反射和透射在這個界面處發(fā)生。現(xiàn)在，必須區(qū)分出超聲波的兩條路線路線1在B處透射的一部分繼續(xù)穿過材料且在外殼5的背側(cè)界面C處被全反射。此后， 波再次返回，再次(部分地)穿過轉(zhuǎn)換棱柱體3的表面B，且在表面A處(部分地)折射回 前端單元2中所包含的液體中，從而作為壓力波，且可被超聲壓力波傳感器Tx在位置Tl或 T2處探測到，從而作為回聲信號。樣本4的材料的有效聲速(均勻分布在貫穿樣本4的路徑BC上)可由具有路線 Tx-A-B-C-B-A-Tx的反射的超聲波的回聲的飛行時(shí)間計(jì)算，且前端單元2中的路徑(TxA)、 轉(zhuǎn)換棱柱體3中的路徑(AB)以及樣本中的路徑(AB)都是已知的，且液體和棱柱體材料中 的聲速也是已知的。材料的有效聲吸收又可通過探測到的回聲的振幅(通過與已知參考樣本進(jìn)行比 較)來計(jì)算。所以可同時(shí)確定材料的參數(shù)和反射體積特性。用于樣本4的外殼5固定連接到轉(zhuǎn)換棱柱體(K3和K4)，其中固化或硬化材料與轉(zhuǎn) 換棱柱體3的表面B直接接觸。這種連接同樣可被解除，以便不同棱柱體可連接到不同外 tJXi 5 ο圖1和2中所示實(shí)例中的外殼5是成棱柱的構(gòu)造。但外殼的尖端被剪切掉，使得 路徑BCl和BC2在各種情況下都與路徑BC的長度相等，并獲得梯形形狀。因此還可探測到 波的分散部分，該分散部分實(shí)際上并沒有在表面A處以45°角折射，且因此實(shí)際上并未以 垂直方式在表面B處穿過界面。但這些分散部分以部分垂直的方式入射到外殼5的表面Cl 和C2處，且在上述位置被全反射。利用這些回聲可進(jìn)一步提高信噪比。因?yàn)閺耐鈿?的表面C、Cl和C2反射回的部分不僅在表面B處透射，而且也被部 分地反射，多重反射以適度材料阻尼發(fā)生在表面B和C之間，且還可在超聲壓力波傳感器Tx 所處的位置被探測到(例如Tx-A-B-C-B-C-B-A-Tx)。這些多重回聲使額外測量稱為可能，其進(jìn)一步增加了所測定材料參數(shù)的精度。路線2在表面B反射的超聲波的一部分反射回表面A，且在該處作為壓力波(部分地)折 射回前端單元2中包含的液體中，且最終在超聲波傳感器Tx的位置處被探測到?？赏ㄟ^表 面B處反射的超聲波的振幅(通過與在空氣中的全反射比較)、液體的已知材料參數(shù)和形成 轉(zhuǎn)換棱柱體的材料以及材料密度(其又產(chǎn)生于外殼5中的已知樣本體積的確定質(zhì)量)確定 振幅反射系數(shù)，且可以由所述振幅反射系數(shù)確定樣本4的區(qū)域中靠近表面的聲阻抗以及最 終的聲速。因?yàn)榉祷剡M(jìn)轉(zhuǎn)換棱柱體3中的波部分不僅在界面A處透射，而且也在界 面D的方向上部分地反射，所以以與上述透射情況類似的方式發(fā)生多重反射(例如 Tx-A-B-A-D-A-B-A-Tx)，從而致使可以確定其他測量值以及更為精確的材料參數(shù)。在位置Tl處，產(chǎn)生在轉(zhuǎn)換棱柱體3中的壓力波沿指定路線透射。波的一部分在B 處被反射，且另一部分透射。剪切波以相同的方式從位置T2被發(fā)射、反射和透射。在圖2所示實(shí)例中，兩個類似的超聲壓力波傳感器Tx已經(jīng)固定安裝到前端單元2 中。在這方面，其中一個傳感器固定安裝在位置Tl處，而另一傳感器固定安裝在位置T2處。 因此例如沒有必要取代根據(jù)圖1所示實(shí)例中(必要存在)的一個超聲壓力波傳感器Tx。根 據(jù)圖2中所示實(shí)例所示的實(shí)施方式，可以實(shí)現(xiàn)非常接近于實(shí)時(shí)的更耐用、更快且更可重復(fù) 進(jìn)行的測量。因此填充了液體的前端單元2還可具有更簡單且成本更低的構(gòu)造。除了無需變化超聲壓力波傳感器Tx的位置之外，所述實(shí)施方式的說明和用于根 據(jù)圖1的實(shí)例的可操作性也可應(yīng)用于本實(shí)例。位于位置Tl和Τ2處的兩個超聲壓力波傳感 器Tx可被操作和用于以交替方式測試樣本4。根據(jù)圖1和2，本實(shí)例中的樣本4的外殼5構(gòu)造為棱柱形狀并具有梯形形式，以便 還能探測透射穿過表面B的波的分散部分。但通過表面Cr反射的超聲波形成了來源于外 殼5的背側(cè)的反射的主要部分。因此外殼5的棱柱幾何形狀可選地還可由簡單的幾何形狀 替換，例如已經(jīng)為標(biāo)準(zhǔn)化的長方體形式的矩形。在這方面，唯一重要的是，外殼5的表面C 與表面B平行，且它們之間的距離是已知的。除了外殼5構(gòu)造為矩形(示于圖3中)之外，可根據(jù)圖1或2中所示實(shí)例來構(gòu)造
直ο實(shí)施方式1中描述了僅壓力波或剪切波的聲速可通過路線2由振幅反射系數(shù)而不 是阻尼確定。但可替換地，該路線僅依賴于樣本4的表面。因此，測量不僅可在實(shí)驗(yàn)室樣本 上實(shí)施，而且也可在工地中使用的實(shí)際建筑元件上實(shí)施。為此，僅需要將轉(zhuǎn)換棱柱體3直接 設(shè)置在材料表面上，并必須觀察到足夠良好且穩(wěn)定的聲耦合。如果存在以已知距離來自第 二界面C的反射，則也可確定材料的透射性質(zhì)，類似于根據(jù)圖1所述實(shí)例中描述的步驟。根 據(jù)圖4的實(shí)例可根據(jù)需要與根據(jù)圖1或2所述的實(shí)施方式組合。因?yàn)楸砻鍮和C之間的大距離和/或樣本4的材料中的低聲速，例如固化 或硬化，所以根據(jù)路線I(Tx-A-B-C-B-A-Tx)的反射的聲波進(jìn)入超聲壓力波傳感器Tx 相對滯后。因此發(fā)生與多重回聲序列疊加，其在Dl處由棱柱體3的側(cè)面產(chǎn)生(例 如Tx-A-B-A-Dl-A-B-A-Tx)或在D2處由前端單元2的頂部外殼側(cè)面產(chǎn)生(例如 Tx-A-D2-A-Tx)。為了抑制或消除這些干涉反射波，表面Dl和D2構(gòu)造為聲吸收(圖5中所示實(shí)例)。入射超聲波以所有方向廣泛地散射，且不再反射作為相干光束，這是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)化 了面對轉(zhuǎn)換棱柱體3的內(nèi)部的表面，例如表面的曲折圖案。而且，廣泛地散射的部分通過位 于結(jié)構(gòu)化、鋸齒狀表面(例如造型粘土)背面的高吸收材料被減弱。在這方面，吸收材料的 作用基于兩種機(jī)制。一種是界面處的有效聲阻抗差在空氣中反射的情況下被顯著降低，以 便更少的波部分被散射回或被反射?，F(xiàn)在，更有力地穿透進(jìn)吸收材料的波部分在很大程度 上被分散，以致在吸收材料6的(光滑)背壁處不再發(fā)生顯著反射。在這方面，可單獨(dú)形成 或與結(jié)構(gòu)化表面和/或吸收材料一起形成吸收材料6。結(jié)構(gòu)化表面Dl可通過棱柱體表面的直接機(jī)械加工來形成。以流動沖洗方式涂布 吸收材料且任選地封裝。對聲音可滲透的材料，即具備低聲阻抗(例如丙烯酸玻璃)可用 于鋸齒狀表面D2以及前端單元2的左上角處的相關(guān)的外殼。根據(jù)應(yīng)用，聲音吸收和可選地散射表面Dl和D2可一起使用，或彼此獨(dú)立使用。與圖示相反，不是絕對必須結(jié)構(gòu)化整個表面或?yàn)镈l和D2處提供吸收材料。足以 將其限制在表面區(qū)域，該表面區(qū)域可反射聲波，特別是干擾探測的聲波。本實(shí)施方式可根據(jù)需要與圖1至4中所示的其他實(shí)例組合。
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權(quán)利要求
1.一種利用超聲波對樣本進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)的裝置，其中至少一個超聲壓力波傳感器 (Tx)設(shè)置在前端單元( 處，在這方面，所述前端單元( 填充有液體且所述前端單元(2) 的開口側(cè)設(shè)置在固態(tài)的轉(zhuǎn)換棱柱體C3)的表面(A)的一側(cè)上，以便液體和表面(A)接觸；在 這方面，轉(zhuǎn)換棱柱體(3)具有另一表面(B)，該表面(B)上設(shè)置要被測試的樣本；其中所述前端單元( 處的至少一個或兩個超聲壓力波傳感器(Tx)可位于至少兩個位置 (T1，T2)處，以便它們與所述轉(zhuǎn)換棱柱體(3)的表面(A)的中心之間的距離相等，所述表面 位于所述樣本(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述樣本(4)容納在外殼(5)中，該外殼 (5)能夠連接到所述轉(zhuǎn)換棱柱體( 且構(gòu)造為矩形、長方體或棱柱體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)換棱柱體(3)的第三表面(D) 和/或所述前端單元O)的外殼的表面(D2)，構(gòu)造為借助于吸收材料(6)吸收和/或散射 超聲波，所述前端單元( 的外殼的表面(擬)遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)換棱柱體( 的表面(A)相對設(shè) 置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于吸收材料涂布到所述轉(zhuǎn)換棱柱體(3)的第 三表面⑶和/或所述前端單元(2)的外殼的表面(D2)，所述前端單元⑵的外殼的表面 (D2)遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)換棱柱體(3)的表面(A)相對設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的裝置，其特征在于所述轉(zhuǎn)換棱柱體(3)的第三表面(D) 和/或所述前端單元O)的外殼的表面(D2)以結(jié)構(gòu)化方式構(gòu)造，所述前端單元O)的外殼 的表面(擬)遠(yuǎn)離所述轉(zhuǎn)換棱柱體(3)的表面(A)相對設(shè)置。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于設(shè)計(jì)且設(shè)置外殼(5)尺寸，以便反射超聲波 的表面(C，C1，C2)分別與所述轉(zhuǎn)換棱柱體(3)的表面⑶的中心之間具有相等的距離。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的裝置，其特征在于所述超聲壓力波傳感器(Tx)的 孔徑設(shè)置在所述前端單元( 所包含的液體中。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的裝置，其特征在于所述超聲壓力波傳感器(Tx)為 相同類型。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的裝置，其特征在于超聲壓力波傳感器(Tx)的有源 表面設(shè)置在位置(T1、T2)處，以便距離所述表面(A)的中心的距離在各種情況下都相等。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一所述的裝置，其特征在于選擇位置(Tl、Τ2)，以便壓力波 可在各種情況下均以45°角入射進(jìn)入所述轉(zhuǎn)換棱柱體(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對樣本進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)的裝置。這些樣本可由關(guān)鍵材料形成，該關(guān)鍵材料在制造期間(例如硬化或固化)改變它們的性質(zhì)。在根據(jù)本發(fā)明的裝置中，至少一個超聲壓力波傳感器(Tx)設(shè)置在前端單元處。前端單元填充有液體且前端單元的開口側(cè)設(shè)置在轉(zhuǎn)換棱柱體的表面(A)的一側(cè)上，轉(zhuǎn)換棱柱體為固體形式，以便液體和表面(A)解除。轉(zhuǎn)換棱柱具有另一表面(B)，要被測試的樣本位于該表面上。至少一個超聲壓力波傳感器(Tx)可設(shè)置在前端單元處，或設(shè)置在前端單元的至少兩個位置(T1，T2)處，以便所述位置與轉(zhuǎn)換棱柱體的表面(A)的中心之間的距離相等，所述表面位于樣本上。
文檔編號G01N29/07GK102144159SQ200980134408
公開日2011年8月3日 申請日期2009年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日
發(fā)明者弗蘭克·舒伯特, 阿卜杜勒馬利克·布哈耶拉 申請人:弗蘭霍菲爾運(yùn)輸應(yīng)用研究公司