CN201051092Y - 一种声、超声无损检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种声、超声无损检测装置，包括一电声换能器、一波形发生器、一前置放大增益控制器、一相敏检波器、一A/D转换器、一计算机处理系统，电声换能器以直接接触耦合或耦合剂耦合的方式，对被测材料如复合材料的性能(如粘接)好坏进行无损检测，波形发生器以可变正弦、脉冲或三角波的连续波方式激励单、双探头结构的电声换能器，相敏检波器采用相敏检波技术来处理反馈回波的幅度相位变化，计算机处理系统则针对不同频率拾取的信号通过混频处理方式来达到去除某些干扰信号，即所谓去伪存真的检测效果，该方法的应用机理是采用目前先进的用于涡流检测的多频、频谱分析技术来处理电声转换器获取的信息，使之获取现有的声振检测所不具备的一切检测特性。

Description

一种声、超声无损检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种利用声、超声探头进行无损检测的装置，特别是涉及一种利用声、超声探头对材料(如粘接材料)性能好坏(如物质密度均匀性)的无损检测的装置。

背景技术

无损检测(nondestructive test)简称NDT，是不破坏和损伤受检物体，对它的性能、质量、有无内部缺陷进行检测的一种技术，无损检测装置是实现无损检测的设备。在现有的无损检测方法中，超声波检测是无损检测的主要方法之一，超声检测(UT)是利用超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度和状况的探测了解材料性能和结构变化。在超声波进入物体遇到缺陷时，一部分声波会产生反射，发射和接收器通过对反射波进行分析，来测量材料的厚度、来发现隐藏的内部缺陷，或来分析诸如金属、塑料、复合材料、陶瓷、橡胶以及玻璃等材料的特性等。超声波检测是使用高频率、高定向声波超声波在被检测材料中传播时，材料的声学特性和内部组织的变化对超声波的传播产生一定的影响，通过对超声波受影响程度和状况的探测，来了解被检测材料的性能和结构变化。比如，将超声波用于对金属材料的无损检测时，就是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点，来实现对金属材料缺陷的无损检测，其实，超声波是几乎完全不能通过空气和金属接触的界面，即当超声波由空气传向金属或由金属传向空气时，差不多99％被这种界面反射回去。因此，当超声波由发射探头传向金属而遇到缺陷时，就被缺陷处的空气与金属界面反射回去，结果超声波入射的一方就有声波反射回来，而在缺陷的另一方由于不能透过超声波，便会产生投射面积和缺陷相近似的“阴影”，利用这种现象可以发现缺陷。超声波检测主要有反射法和穿透法，采用反射法时，是将超声波的发射探头和接收探头合并在一起，比如用于对接合部位的胶粘层进行检测时，当接合部位的胶粘层内没有缺陷时，超声波即从接合部位底面反射回来，当接合部位的胶粘层内存在缺陷时，则一部分超声波遇到缺陷先被反射回来，出现的信号要比从接合部位底面反射回来的信号早，从而可以判定缺陷的存在。但是，现有技术的超声波检测装置在实现超声波检测时，由于是通过接受被检物件所反射或穿透的超声波的方式来判别缺陷的存在，很容易受到各种频率信号的干扰，致使检测出现偏差，从而影响了检测的准确性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种声、超声无损检测装置，采用声、超声探头以直接接触耦合或耦合剂耦合的方式，对被测材料如复合材料的性能好坏进行无损检测，通过相敏检波器的相敏检波滤波，可以达到去除干扰信号即所谓去伪存真的检测效果，使之获取现有的声振检测所不具备的一切检测特性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种声、超声无损检测装置，包括：

一由压电材料或磁致伸缩材料制作而成的电声换能器，包含有发射器和接收器，发射器受激励后向被测介质发射声波、超声波，接收器接收声波、超声波通过被测介质后的回波；

一波形发生器，向电声换能器发送可变正弦、脉冲或三角波；

一前置放大增益控制器，将输入信号进行放大处理；

一相敏检波器，对输入信号进行相敏检波处理，输出具有X/Y分量的二维信息的信号；

一A/D转换器，将输入信号进行模/数转换；

一计算机处理系统，对输入信号进行计算、处理、分析，并输出控制信号；

波形发生器的输入接至计算机系统，后者向前者输出控制信号使前者产生对应的波形串；波形发生器的输出分别接至电声换能器和相敏检波器，波形发生器向电声换能器输出激励信号，向相敏检波器输出比较信号；电声换能器的发射器受激励后产生对应的振动而向直接接触耦合或耦合剂耦合的被测介质发射声波、超声波，接收器接收声波、超声波通过被测介质后的回波并将回波的振动转换为电信号输出给前置放大增益控制器；前置放大增益控制器的输出接至相敏检波器的输入，将电声换能器输给的信号加以放大后输出给相敏检波器；相敏检波器的输出接至A/D转换器，相敏检波器对前置放大增益控制器的输出信号进行相敏检波处理，得出具有X/Y分量的二维信息的信号输给A/D转换器；A/D转换器的输出接至计算机处理系统，计算机处理系统对输入信号进行处理，计算机处理系统的控制信号输出分别接至电声换能器、前置放大增益控制器、相敏检波器、A/D转换器的控制端。

所述的电声换能器为单探头结构，发射器和接收器装在一个探头中。

所述的电声换能器为双探头结构，发射器和接收器分别装在二个探头中。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，可以通过测定被测介质的声阻抗率和/或声波、超声波在被测介质中的传播速度来测试出被测介质的密度或厚度，并通过对被测介质的密度分析来进一步判断被测介质中是否存在缺陷以及缺陷的大小和位置。通常被测介质的声阻抗率以及声波、超声波在被测介质中的传播速度是与被测介质的密度或厚度成单值关系的。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，采用电声换能器实现声、超声波检测，利用了声、超声波的声学特性，当声波、超声波从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质密度不同，因而在两种介质分界面，其方向传播会发生改变：其中一部分折射入另一种介质，另一部分被反射回来。同时，声波、超声波在传播过程中，由于受介质和介质中杂质的阻碍或吸收，其强度会产生衰减。因此，当声波、超声波在被测介质中传播时，被测介质材料的声学特性和内部组织的变化对声波、超声波的传播产生一定的影响，通过对声波、超声波受影响程度和状况的探测了解，可以测出被测介质的材料性能和结构变化。声波、超声波的方向性好，频率越高，方向性越好，以很窄的波束向介质中辐射，易于确定缺陷的位置。其中，声或超声脉冲的宽度不超过声波或超声波在被测介质中从发射器到接收器的传播时间；或者是，声或超声脉冲的宽度小于声波或超声波通过被测介质横截面时间的两倍。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，采用相敏检波器对电声换能器接收的回波进行相敏检波滤波处理，相敏检波是一种从相位信号获取幅度信号的方法，它通常由一个参考信号(与输入信号同频)与输入信号作用，从而产生极性可正可负的幅度信号输出，通过监测所得信号的相位变化来变成调频调角波，进而简化解调的难度。相敏检波的原理是，如果控制信号和输入信号相位差在0到90度之间，输出从最大逐渐减小到零，因此，选择控制信号和干扰信号相位差90度进行检波，就能在输出信号中消除干扰信号而保留有用信号(因为有用信号和干扰信号之间存在相位差)。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，电声换能器采用单探头结构时，发射器和接收器是装在同一个探头中，发射器受波形发生器所发出的一个预置的连续波或脉冲信号所激励而产生振动，发射声波、超声波，接收器用于接收声波、超声波的反射波，并将接收的反射波的振动转化为电信号，由于发射器和接收器成一个整体，因此，发射器发射的声波、超声波通常是朝着被测介质的法线方向。电声换能器采用双探头结构时，发射器和接收器分分别装在二个探头中，二个探头可以放在被测介质截面的同一边，也可以放在被测介质截面的两边，当发射器与接收器处在被测介质截面的同一边时，发射器受波形发生器所发出的一个预置的连续波或脉冲信号所激励而产生振动，发射声波、超声波，接收器用于接收声波、超声波的反射波，并将接收的反射波的振动转化为电信号，由于发射器和接收器之间存在一定的距离，因此，发射器发射的声波、超声波通常是朝着与被测介质的法线方向具有一定的角度；当发射器与接收器处在被测介质截面的两边时，发射器用于发射声波、超声波，接收器用于接收声波、超声波穿过介质的穿射波，并将接收的穿射波的振动转化为电信号。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，声学方面的过饱和激励，其激发出的高次谐波分量可用于材质的不连续检测，包括理化性能及厚度尺寸测量等。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，进行声、超声无损检测时，包括标定和实测两个过程：

在标定过程：是用电声换能器以直接接触耦合或耦合剂耦合的方式对已知物质密度或厚度的被测介质进行检测，电声换能器的发射器由波形发生器所发出的一个预置的连续波或脉冲信号所激励而向被测介质发出声波或超声波，电声换能器的接收器的输出经前置放大增益控制器放大后送入相敏检波器，经过相敏检波和滤波后变成一个包含有与已知的物质密度或厚度相对应的声阻抗率变化和/或传播速度变化的相位和幅度特征的电信号，随后将这个信号分解成X和Y两个相互垂直的分量，再经A/D转换器的模数转换后，送计算机处理系统，进行数字滤波，相位旋转，多频混频处理，并由计算机系统的数据处理单元处理成与被测介质的已知物质密度或厚度相对应的数据，然后，不断地改变被测介质的已知物质密度或厚度的大小，重复上述测试过程，获得若干与被测介质的已知物质密度或厚度的大小变化相对应的数据，并将被测介质的物质密度或厚度与测试数据之间的对应关系数据存储在计算机系统的存储单元中；

在测试过程：是用电声换能器以直接接触耦合或耦合剂耦合的方式对被测介质进行检测，电声换能器的发射器由波形发生器所发出的一个预置的连续波或脉冲信号所激励而向被测介质发出声波或超声波，电声换能器的接收器的输出经前置放大增益控制器放大后送入相敏检波器，经过相敏检波和滤波后变成一个包含有声阻抗率变化和/或传播速度变化的相位和幅度特征的电信号，随后将这个信号分解成X和Y两个相互垂直的分量，再经A/D转换器的模数转换后，送计算机处理系统，进行数字滤波，相位旋转，多频混频处理，并由计算机系统的数据处理单元处理成与被测介质的物质密度或厚度相关联的数据，然后，在计算机系统中，将该数据与标定过程中计算机系统存储单元所存储的数据进行比较，找出相邻两数据所对应的物质密度或厚度的大小数值，而后采用线性计算方法计算得出被测介质的物质密度或厚度的值，通过对物质密度的分析可以判定被测介质是否存在缺陷以及缺陷的大小和位置。

本实用新型的有益效果是，由于采用了一由压电材料或磁致伸缩材料制作而成的电声换能器、一波形发生器、一前置放大增益控制器、一相敏检波器、一A/D转换器、一计算机处理系统来构成声、超声无损检测装置，电声换能器以直接接触耦合或耦合剂耦合的方式，对被测材料如复合材料的性能(如粘接)好坏进行无损检测，波形发生器以可变正弦、脉冲或三角波的连续波方式激励单、双探头结构的电声换能器，相敏检波器采用相敏检波技术来处理反馈回波的幅度相位变化，计算机处理系统则针对不同频率拾取的信号通过混频处理方式来达到去除某些干扰信号，即所谓去伪存真的检测效果，该方法的应用机理是采用目前先进的用于涡流检测的多频、频谱分析技术来处理电声转换器获取的信息，使之获取现有的声振检测所不具备的一切检测特性。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种声、超声无损检测装置不局限于实施例。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

具体实施方式

参见附图所示，本实用新型的一种声、超声无损检测装置，包括：

一由压电材料或磁致伸缩材料制作而成的电声换能器1，包含有发射器和接收器，发射器受激励后向被测介质发射声波、超声波，接收器接收声波、超声波通过被测介质后的回波；

一波形发生器2，向电声换能器1发送可变正弦、脉冲或三角波；

一前置放大增益控制器3，将输入信号进行放大处理；

一相敏检波器4，对输入信号进行相敏检波处理，输出具有X/Y分量的二维信息的信号；

一A/D转换器5，将输入信号进行模/数转换；

一计算机处理系统6，对输入信号进行计算、处理、分析，并输出控制信号；

波形发生器1的输入接至计算机系统6，后者向前者输出控制信号使前者产生对应的波形串；波形发生器1的输出分别接至电声换能器2和相敏检波器4，波形发生器1向电声换能器2输出激励信号，向相敏检波器4输出比较信号；电声换能器2的发射器受激励后产生对应的振动而向直接接触耦合或耦合剂耦合的被测介质发射声波、超声波，接收器接收声波、超声波通过被测介质后的回波并将回波的振动转换为电信号输出给前置放大增益控制器3；前置放大增益控制器3的输出接至相敏检波器4的输入，将电声换能器2输给的信号加以放大后输出给相敏检波器4；相敏检波器4的输出接至A/D转换器5，相敏检波器4对前置放大增益控制器3的输出信号进行相敏检波处理，得出具有X/Y分量的二维信息的信号输给A/D转换器5；A/D转换器5的输出接至计算机处理系统6，计算机处理系统6对输入信号进行处理，计算机处理系统6的控制信号输出分别接至电声换能器2、前置放大增益控制器3、相敏检波器4、A/D转换器5的控制端。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，可以通过测定被测介质的声阻抗率和/或声波、超声波在被测介质中的传播速度来测试出被测介质的密度或厚度，并通过对被测介质的密度分析来进一步判断被测介质中是否存在缺陷以及缺陷的大小和位置。通常被测介质的声阻抗率以及声波、超声波在被测介质中的传播速度是与被测介质的密度或厚度成单值关系的。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，采用电声换能器2实现声、超声波检测，利用了声、超声波的声学特性，当声波、超声波从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质密度不同，因而在两种介质分界面，其方向传播会发生改变：其中一部分折射入另一种介质，另一部分被反射回来。同时，声波、超声波在传播过程中，由于受介质和介质中杂质的阻碍或吸收，其强度会产生衰减。因此，当声波、超声波在被测介质中传播时，被测介质材料的声学特性和内部组织的变化对声波、超声波的传播产生一定的影响，通过对声波、超声波受影响程度和状况的探测了解，可以测出被测介质的材料性能和结构变化。声波、超声波的方向性好，频率越高，方向性越好，以很窄的波束向介质中辐射，易于确定缺陷的位置。其中，声或超声脉冲的宽度不超过声波或超声波在被测介质中从发射器到接收器的传播时间；或者是，声或超声脉冲的宽度小于声波或超声波通过被测介质横截面时间的两倍。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，采用相敏检波器4对电声换能器2接收的回波进行相敏检波滤波处理，相敏检波是一种从相位信号获取幅度信号的方法，它通常由一个参考信号(与输入信号同频)与输入信号作用，从而产生极性可正可负的幅度信号输出，通过监测所得信号的相位变化来变成调频调角波，进而简化解调的难度。相敏检波的原理是，如果控制信号和输入信号相位差在0到90度之间，输出从最大逐渐减小到零，因此，选择控制信号和干扰信号相位差90度进行检波，就能在输出信号中消除干扰信号而保留有用信号(因为有用信号和干扰信号之间存在相位差)。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，电声换能器2可以为单探头结构，发射器和接收器装在一个探头中；也可以为双探头结构，发射器和接收器分别装在二个探头中。电声换能器2采用单探头结构时，发射器和接收器是装在同一个探头中，发射器受波形发生器1所发出的一个预置的连续波或脉冲信号所激励而产生振动，发射声波、超声波，接收器用于接收声波、超声波的反射波，并将接收的反射波的振动转化为电信号，由于发射器和接收器成一个整体，因此，发射器发射的声波、超声波通常是朝着被测介质的法线方向。电声换能器2采用双探头结构时，发射器和接收器分分别装在二个探头中，二个探头可以放在被测介质截面的同一边，也可以放在被测介质截面的两边，当发射器与接收器处在被测介质截面的同一边时，发射器受波形发生器1所发出的一个预置的连续波或脉冲信号所激励而产生振动，发射声波、超声波，接收器用于接收声波、超声波的反射波，并将接收的反射波的振动转化为电信号，由于发射器和接收器之间存在一定的距离，因此，发射器发射的声波、超声波通常是朝着与被测介质的法线方向具有一定的角度；当发射器与接收器处在被测介质截面的两边时，发射器用于发射声波、超声波，接收器用于接收声波、超声波穿过介质的穿射波，并将接收的穿射波的振动转化为电信号。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，可以用来检测复合材料(如胶粘层)性能好坏，检测时，包括标定和实测两个过程：

在标定过程：是用电声换能器2以直接接触耦合或耦合剂耦合的方式对已知密度的标定复合材料进行检测，电声换能器2的发射器由波形发生器1所发出的一个预置的连续波或脉冲信号所激励而向被测介质发出声波或超声波，电声换能器2的接收器的输出经前置放大增益控制器3放大后送入相敏检波器4，经过相敏检波和滤波后变成一个包含有与已知的密度相对应的声阻抗率变化和/或传播速度变化的相位和幅度特征的电信号，随后将这个信号分解成X和Y两个相互垂直的分量，再经A/D转换器5的模数转换后，送计算机处理系统6，进行数字滤波，相位旋转，多频混频处理，并由计算机系统6的数据处理单元处理成与标定复合材料的已知密度相对应的数据，然后，不断地改变标定复合材料的已知密度的大小，重复上述测试过程，获得若干与标定复合材料的已知密度的大小变化相对应的数据，并将标定复合材料的密度与测试数据之间的对应关系数据存储在计算机系统的存储单元中；

在测试过程：是用电声换能器2以直接接触耦合或耦合剂耦合的方式对被测复合材料进行检测，电声换能器2的发射器由波形发生器1所发出的一个预置的连续波或脉冲信号所激励而向被测复合材料发出声波或超声波，电声换能器2的接收器的输出经前置放大增益控制器3放大后送入相敏检波器4，经过相敏检波和滤波后变成一个包含有声阻抗率变化和/或传播速度变化的相位和幅度特征的电信号，随后将这个信号分解成X和Y两个相互垂直的分量，再经A/D转换器5的模数转换后，送计算机处理系统6，进行数字滤波，相位旋转，多频混频处理，并由计算机系统6的数据处理单元处理成与被测复合材料的密度相关联的数据，然后，在计算机系统6中，将该数据与标定过程中计算机系统6存储单元所存储的数据进行比较，找出相邻两数据所对应的密度的大小数值，而后采用线性计算方法计算得出被测复合材料的密度的值，通过对密度的分析可以判定被测复合材料是否存在缺陷以及缺陷的大小和位置。

本实用新型的一种声、超声无损检测装置，可以用来检测塑料的厚度，检测时，包括标定和实测两个过程：

在标定过程：是用电声换能器2以直接接触耦合或耦合剂耦合的方式对已知厚度的标定塑料进行检测，电声换能器2的发射器由波形发生器1所发出的一个预置的连续波或脉冲信号所激励而向被测介质发出声波或超声波，电声换能器2的接收器的输出经前置放大增益控制器3放大后送入相敏检波器4，经过相敏检波和滤波后变成一个包含有与已知的厚度相对应的声阻抗率变化和/或传播速度变化的相位和幅度特征的电信号，随后将这个信号分解成X和Y两个相互垂直的分量，再经A/D转换器5的模数转换后，送计算机处理系统6，进行数字滤波，相位旋转，多频混频处理，并由计算机系统6的数据处理单元处理成与标定塑料的已知厚度相对应的数据，然后，不断地改变标定塑料的已知厚度的大小，重复上述测试过程，获得若干与标定塑料的已知厚度的大小变化相对应的数据，并将标定塑料的厚度与测试数据之间的对应关系数据存储在计算机系统的存储单元中；

在测试过程：是用电声换能器2以直接接触耦合或耦合剂耦合的方式对被测塑料进行检测，电声换能器2的发射器由波形发生器1所发出的一个预置的连续波或脉冲信号所激励而向被测塑料发出声波或超声波，电声换能器2的接收器的输出经前置放大增益控制器3放大后送入相敏检波器4，经过相敏检波和滤波后变成一个包含有声阻抗率变化和/或传播速度变化的相位和幅度特征的电信号，随后将这个信号分解成X和Y两个相互垂直的分量，再经A/D转换器5的模数转换后，送计算机处理系统6，进行数字滤波，相位旋转，多频混频处理，并由计算机系统6的数据处理单元处理成与被测塑料的厚度相关联的数据，然后，在计算机系统6中，将该数据与标定过程中计算机系统6存储单元所存储的数据进行比较，找出相邻两数据所对应的厚度的大小数值，而后采用线性计算方法计算得出被测塑料的厚度的值。

上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种声、超声无损检测装置，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (3)

1.一种声、超声无损检测装置，其特征在于：包括：

一由压电材料或磁致伸缩材料制作而成的电声换能器，包含有发射器和接收器，发射器受激励后向被测介质发射声波、超声波，接收器接收声波、超声波通过被测介质后的回波；

一波形发生器，向电声换能器发送可变正弦、脉冲或三角波；

一前置放大增益控制器，将输入信号进行放大处理；

一相敏检波器，对输入信号进行相敏检波处理，输出具有X/Y分量的二维信息的信号；

一A/D转换器，将输入信号进行模/数转换；

一计算机处理系统，对输入信号进行计算、处理、分析，并输出控制信号；

波形发生器的输入接至计算机系统，后者向前者输出控制信号使前者产生对应的波形串；波形发生器的输出分别接至电声换能器和相敏检波器，波形发生器向电声换能器输出激励信号，向相敏检波器输出比较信号；电声换能器的发射器受激励后产生对应的振动而向直接接触耦合或耦合剂耦合的被测介质发射声波、超声波，接收器接收声波、超声波通过被测介质后的回波并将回波的振动转换为电信号输出给前置放大增益控制器；前置放大增益控制器的输出接至相敏检波器的输入，将电声换能器输给的信号加以放大后输出给相敏检波器；相敏检波器的输出接至A/D转换器，相敏检波器对前置放大增益控制器的输出信号进行相敏检波处理，得出具有X/Y分量的二维信息的信号输给A/D转换器；A/D转换器的输出接至计算机处理系统，计算机处理系统对输入信号进行处理，计算机处理系统的控制信号输出分别接至电声换能器、前置放大增益控制器、相敏检波器、A/D转换器的控制端。

2.根据权利要求1所述的一种声、超声无损检测装置，其特征在于：所述的电声换能器为单探头结构，发射器和接收器装在一个探头中。

3.根据权利要求1所述的一种声、超声无损检测装置，其特征在于：所述的电声换能器为双探头结构，发射器和接收器分别装在二个探头中。

Images