一種便攜式的超聲波探頭壓力調(diào)控裝置和使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于超聲波無(wú)損評(píng)價(jià)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種超聲波探頭夾具和使用 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展使焊接材料和焊接方法的發(fā)展呈現(xiàn)出多樣化趨勢(shì)，焊接結(jié)構(gòu) 的應(yīng)用日益廣泛，如船舶、汽車(chē)工業(yè)、石油管道、航空航天等領(lǐng)域。焊接結(jié)構(gòu)件的失效不僅對(duì) 企業(yè)以及社會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)對(duì)工作人員的生命安全造成威脅，因而焊接結(jié)構(gòu)件的 服役安全保證對(duì)焊接技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展及應(yīng)用就至關(guān)重要。相關(guān)研究表明，影響焊接 結(jié)構(gòu)服役安全的因素眾多，焊接殘余應(yīng)力是導(dǎo)致其失效的重要因素之一。因而，探討可實(shí)現(xiàn) 焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力的評(píng)價(jià)方法對(duì)焊接結(jié)構(gòu)件服役安全的保證就顯得極為重要。目前，焊接 殘余應(yīng)力評(píng)價(jià)方法可分為有損評(píng)價(jià)與無(wú)損評(píng)價(jià)兩類(lèi)。有損評(píng)價(jià)法，如盲孔法、逐層剝削法 等，是在破壞工件完整性基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力的評(píng)價(jià)，該類(lèi)方法雖可實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力的評(píng)價(jià)， 但不適于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，且由于抽樣檢測(cè)不可避免對(duì)焊接結(jié)構(gòu)服役帶來(lái)安全隱患，因而其應(yīng)用 受到一定程度限制。無(wú)損評(píng)價(jià)法，如聲學(xué)法、射線法、光學(xué)法等，是在保證工件完整性基礎(chǔ)上 實(shí)現(xiàn)殘余應(yīng)力的評(píng)價(jià)。相對(duì)而言，超聲波法具有快速、安全、方便、可實(shí)現(xiàn)在線評(píng)價(jià)等優(yōu)點(diǎn)， 因而引起眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注。
[0003] 超聲波法是基于超聲波聲彈性理論實(shí)現(xiàn)應(yīng)力評(píng)價(jià)的一種方法，即超聲波傳播速 度與應(yīng)力呈嚴(yán)格線性關(guān)系，但該聲彈性效應(yīng)為一種弱效應(yīng)，一般而言，應(yīng)力改變lOOMPa，超 聲波在鋁合金中的傳播速度改變量約為0.1 %，因而實(shí)驗(yàn)過(guò)程中超聲波傳播速度的精確測(cè) 量難度大。為此，探索可替代超聲波傳播速度實(shí)現(xiàn)應(yīng)力評(píng)價(jià)的特征參量就亟待解決?；诔?聲波聲彈性理論分析認(rèn)為，超聲波通過(guò)相同距離的傳播時(shí)間差可作為超聲波評(píng)價(jià)應(yīng)力的特 征參量。目前，超聲波傳播時(shí)間差計(jì)算方法眾多，但穩(wěn)定的超聲波信號(hào)（決定于超聲波探頭 與試樣間耦合壓力)是影響甚至決定其計(jì)算精度的關(guān)鍵。超聲波在介質(zhì)中傳播理論表明，耦 合劑種類(lèi)及厚度、施加在超聲波探頭上的壓力、超聲波信號(hào)采集過(guò)程中試樣長(zhǎng)度變化等均 會(huì)影響超聲波探頭與試樣間的耦合壓力。因而，控制超聲波探頭與試樣間耦合壓力而獲得 穩(wěn)定的超聲波信號(hào)也就成為決定超聲波評(píng)價(jià)應(yīng)力精度的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決這一問(wèn)題，本發(fā)明利用壓敏傳感器實(shí)現(xiàn)超聲波探頭與試樣間耦合壓力的控 制，通過(guò)數(shù)顯方式顯示超聲波探頭與試樣間耦合壓力，在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)一種便攜式的超聲 波探頭壓力調(diào)控裝置。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種便攜式的超聲波探頭壓力調(diào)控裝置，包括夾持機(jī)構(gòu)、探頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和壓力傳 感機(jī)構(gòu)；其中夾持機(jī)構(gòu)包括一個(gè)探頭夾持座，在探頭夾持座的軸向上下兩端各設(shè)有一個(gè)工 件夾持機(jī)構(gòu)，在工件夾持機(jī)構(gòu)之間通過(guò)探頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接有超聲波探頭機(jī)構(gòu);所述超聲波 探頭機(jī)構(gòu)包括一個(gè)探頭罩，所述探頭罩包括一個(gè)用于安裝超聲波探頭的探頭固定位，在探 頭罩的頂端中部對(duì)應(yīng)探頭固定位的背部位置設(shè)置有芯片槽；
[0007] 在所述探頭夾持座的中部對(duì)應(yīng)超聲波探頭機(jī)構(gòu)的位置還設(shè)置有一個(gè)導(dǎo)桿，導(dǎo)桿穿 過(guò)探頭夾持座自由移動(dòng);所述導(dǎo)桿上設(shè)置有一個(gè)支撐部，所述導(dǎo)桿通過(guò)支撐部將一個(gè)壓縮 彈簧頂壓在芯片槽內(nèi)，通過(guò)移動(dòng)導(dǎo)桿，使得壓縮彈簧被放松或者壓縮；
[0008] 在所述探頭夾持座背部對(duì)應(yīng)導(dǎo)桿的安裝位置還設(shè)置有至少一個(gè)導(dǎo)軌孔，所述導(dǎo)軌 孔呈一個(gè)以導(dǎo)桿的軸線為圓心的圓弧形，在所述探頭罩上設(shè)置有一個(gè)與導(dǎo)軌孔對(duì)應(yīng)的銷(xiāo) 釘，所述銷(xiāo)釘穿過(guò)導(dǎo)軌孔，通過(guò)銷(xiāo)釘沿導(dǎo)軌孔作弧形移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)探頭罩旋轉(zhuǎn)；
[0009] 所述壓力傳感機(jī)構(gòu)包括一個(gè)安裝在芯片槽內(nèi)的壓敏傳感器，以及與壓敏傳感器連 接的壓力傳感顯示模塊。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述工件夾持機(jī)構(gòu)包括一個(gè)活動(dòng)夾板和一個(gè)固定夾 板，所述活動(dòng)夾板和探頭夾持座固定連接，所述活動(dòng)夾板和固定夾板之間通過(guò)螺釘連接，通 過(guò)旋轉(zhuǎn)螺釘改變活動(dòng)夾板和固定夾板的間距。
[0011] 下作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述下端工件夾持機(jī)構(gòu)的活動(dòng)夾板A與固定夾板A的 接觸面為光滑圓弧面，所述上端工件夾持機(jī)構(gòu)的活動(dòng)夾板B與固定夾板B的接觸面為平面。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述固定夾板與探頭夾持座為一體結(jié)構(gòu)。
[0013] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述探頭罩內(nèi)部對(duì)應(yīng)探頭固定位的底端設(shè)有耦合劑儲(chǔ) 存槽，在探頭夾持座的的頂部設(shè)置有一個(gè)耦合劑輸送孔，耦合劑輸送孔與耦合劑儲(chǔ)存槽之 間通過(guò)軟管連接，
[0014] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述導(dǎo)桿與探頭夾持座之間通過(guò)螺紋固定連接。
[0015] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述導(dǎo)軌孔的數(shù)量為偶數(shù)，導(dǎo)軌孔兩兩成對(duì)設(shè)置，導(dǎo) 軌孔的弧度為90°，導(dǎo)軌孔的頂部端點(diǎn)與導(dǎo)桿軸心之間的連線與探頭夾持座的縱軸平行。
[0016] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步創(chuàng)新，所述壓縮彈簧與壓敏傳感器的接觸端設(shè)置有一個(gè)壓 片，所述壓片與壓敏傳感器表面接觸。
[0017] -種便攜式的超聲波探頭壓力調(diào)控裝置的使用方法，包括如下步驟：
[0018] 步驟1:將超聲波探頭安裝在探頭罩內(nèi)部，將試樣通過(guò)工件夾持機(jī)構(gòu)夾持在探頭夾 持座上，使得試樣與探頭罩內(nèi)的超聲波探頭位置相對(duì)應(yīng)位置；
[0019] 步驟2:在探頭罩內(nèi)填入耦合劑，以保證超聲波探頭與試樣的耦合良好；
[0020] 步驟3:啟動(dòng)壓敏傳感器的工作電路，推動(dòng)導(dǎo)桿，使得壓縮彈簧將探頭罩緊頂在試 樣上，經(jīng)壓敏傳感器，由壓力傳感顯示模塊獲得超聲波探頭與試樣間耦合壓力數(shù)值；
[0021] 步驟4:通過(guò)調(diào)節(jié)導(dǎo)桿改變超聲波探頭與試樣間的壓力，將超聲波探頭壓緊到試樣 上；當(dāng)壓力傳感顯示模塊中壓力數(shù)值增幅變小并趨于穩(wěn)定時(shí)，表示已經(jīng)超聲波探頭已經(jīng)壓 緊到試樣上，停止調(diào)整導(dǎo)桿，并使得壓力恒定，待超聲波探頭的超聲波信號(hào)穩(wěn)定后，進(jìn)行靜 載拉伸試驗(yàn)；
[0022] 步驟5:通過(guò)推動(dòng)銷(xiāo)釘，使得銷(xiāo)釘沿導(dǎo)軌孔移動(dòng)，通過(guò)移動(dòng)的銷(xiāo)釘改變探頭罩內(nèi)超 聲波探頭相對(duì)于試樣的角度，改變對(duì)試樣不同位置的檢測(cè)，獲得〇°、90°及其中間任意角度 時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。。
[0023]本發(fā)明的有益效果是：
[0024] 1、通過(guò)本裝置不僅可以保證超聲波探頭與試樣間耦合壓力的恒定（即超聲波信號(hào) 穩(wěn)定），而且可以避免超聲波信號(hào)采集過(guò)程中不斷添加耦合劑對(duì)超聲波信號(hào)的影響。
[0025] 2、耦合劑可以自動(dòng)輸送和存儲(chǔ)，保證在試驗(yàn)過(guò)程中超聲波探頭與試樣的良好耦合 以及便于自動(dòng)添加耦合劑。
[0026] 3、通過(guò)螺釘連接的活動(dòng)式夾持機(jī)構(gòu)具有較大的夾持區(qū)間，可以方便的實(shí)現(xiàn)試樣的 緊固與放松。
[0027] 4、本發(fā)明的試件長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化，探頭與試樣會(huì)產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，對(duì)超聲波信號(hào)采 集產(chǎn)生一定的影響，其中光滑面的活動(dòng)夾板A內(nèi)側(cè)貼有增加摩擦力的橡膠墊，下方的活動(dòng)夾 板B的接觸面加工成圓弧狀可以減小試樣與緊固端的摩擦阻力。
[0028] 5、固定夾板與探頭夾持座的一體結(jié)構(gòu)可以保證一定的強(qiáng)度。
[0029] 6、對(duì)稱(chēng)的導(dǎo)桿結(jié)構(gòu)可以提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，保證探頭罩旋轉(zhuǎn)時(shí)的穩(wěn)定性。
[0030] 7、探頭罩內(nèi)部的耦合劑儲(chǔ)存槽緊靠超聲波探頭，保證良好的耦合效果。
【附圖說(shuō)明】
[0031] 圖1是本發(fā)明的一種便攜式的超聲波探頭壓力調(diào)控方法與裝置的立體圖；
[0032] 圖2是本發(fā)明的一種便攜式的超聲波探頭壓力調(diào)控方法與裝置的剖視圖；
[0033] 圖3是所述探頭夾持座1俯視圖；
[0034] 圖4是所述探頭罩2的俯視圖；
[0035]圖5是所述壓力傳感模塊8電路構(gòu)建框圖；
[0036]圖6是所述壓力傳感模塊8程序流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以 示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0038] 如圖1~4所示，一種便攜式的超聲波探頭壓力調(diào)控裝置，包括夾持機(jī)構(gòu)、探頭調(diào) 節(jié)機(jī)構(gòu)和壓力傳感機(jī)構(gòu);其中夾持機(jī)構(gòu)包括一個(gè)探頭夾持座1，在探頭夾持座1的軸向上下 兩端各設(shè)有一個(gè)工件夾持機(jī)構(gòu)，在工件夾持機(jī)構(gòu)之間通過(guò)探頭調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)連接有超聲波探頭 機(jī)構(gòu)；
[0039] 所述工件夾持機(jī)構(gòu)包括一個(gè)活動(dòng)夾板和一個(gè)固定夾板，所述活動(dòng)夾板和探頭夾持 座1固定連接，所述活動(dòng)夾板和固定夾板之間通過(guò)螺釘連接，通過(guò)