冻土超声波换能器支架的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种冻土超声波换能器支架，是由托板、左挡板、右挡板通过耐低温强力胶水粘合组成底座。在左右挡板间，依序安装左垫块、左压头、左垫片、发射换能器、冻土试样、接收换能器、右垫片、右压头、右垫块。在左右挡板上分别安装左右螺杆，左右螺杆分别与左右压头或左右垫块中心位置对应，螺杆与压头或垫块之间粘贴应变片，一起放入可控温试验箱内，将导线引到箱外。应变片、换能器分别通过导线与外部设备应变仪、波速仪连接。本发明在水平方向上将超声波换能器和冻土试样固定、避免换能器重量压在冻土试样上，通过螺杆和压头之间的应变片测得的微应变值，精确控制换能器和冻土试样之间的接触程度提高冻土波速测试的精度。
【专利说明】冻土超声波换能器支架
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种冻土超声波换能器支架。
【背景技术】
[0002]超声波检测是一种无损检测，利用超声波波速来研究岩土材料的物理性质是目前较常用的一种手段，岩石的声波测试方法已列入国家规范(工程岩体试验方法标准《GB/T50266-1199》)。利用超声波波速来研究冻土的弹性力学参数是冻土研究的重要基础。要进行超声波波速试验，需要首先购买适合低温下使用的超声波换能器以及配套的波速仪，然后研制可控温的试验箱，最后将超声波换能器放置在冻土试样两端、一起放入可控温试验箱内，将导线引到箱外，连接到波速仪上使用。超声波测试的原理是:一个换能器发射超声波，另一个换能器接收超声波，波速仪采集每次超声波通过试样所需要的时间，利用超声波通过时间和试样长度来计算波速。因此，换能器应与冻土试样紧密接触，一般会涂上耦合齐U，如果接触不好，会影响超声波通过时间；另外，如果将超声波换能器直接垂直放置在试样上，超声波换能器的重量会压在冻土试样上，从而也影响超声波通过时间。鉴于此，急需研制一种冻土超声波换能器支架，能在水平方向上将超声波换能器和冻土试样固定，从而精确测得超声波通过时间，提高波速测试的精度。
【发明内容】
[0003]鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种冻土超声波换能器的支架。该支架应能够在低温下使用、适合多种类型的超声波换能器、适合多种尺寸的冻土试样、并能将换能器的导线引出。将超声波换能器放置在支架上，将导线引出并连接到波速仪上，就能够对多种尺寸的冻土试样进行多种类型的波速测试。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
一种冻土超声波换能器支架，是由托板、左螺杆、左挡板、左应变片、左垫块、左压头、左垫片、发射换能器、冻土试样、接收换能器、右垫片、右压头、右垫块、右应变片、右挡板、右螺杆、应变仪、波速仪和可控温试验箱组成。托板、左挡板、右挡板通过耐低温强力胶水粘合组成底座。底座下面可以通风，左挡板上安装左螺杆、右挡板上安装右螺杆。在托板上面、在左挡板和右挡板间，依序安装左垫块、左压头、左垫片、发射换能器、冻土试样、接收换能器、右垫片、右压头、右垫块；其中:发射换能器和接收换能器分别居于冻土试样左右两侧，发射换能器、接收换能器和冻土试样之间涂耦合剂，左压头放置在发射换能器左侧、右压头放置在接收换能器右侧，左应变片和右应变片通过导线与应变仪连接，发射换能器和接收换能器通过导线与波速仪连接。应变仪与波速仪置于可控温试验箱外。
[0005]本发明的优点和有益效果是:
1、该发明能够在低温下使用、并能与多种类型的超声波换能器配套使用，适用于冻土的横波或纵波波速测试。
[0006]2、该发明能在水平方向上将超声波换能器和冻土试样固定，避免换能器重量压在冻土试样上，从而避免对波速测试造成影响。
[0007]3、该发明能通过垫块调节压头位置，适用于多种尺寸的冻土试样。通过螺杆和压头之间的应变片测得的微应变值，能够严格控制换能器和冻土试样之间的接触紧密程度，提闻测试精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是纵波换能器A示意图。
[0009]图2是横波换能器B示意图。
[0010]图3是纵波换能器C示意图。
[0011]图4是本发明的示意图。
[0012]图5为图4剖面放大示意图。
[0013]图6是冻土超声波换能器支架放入可控温试验箱内示意图。
[0014]图7是图4中的A类换能器压头示意图。
[0015]图8是图4中的B类换能器压头示意图。
[0016]图9是图4中的C类换能器压头示意图。
[0017]图10是图4中的换能器垫片示意图。
[0018]图11是图4中的垫块示意图。
【具体实施方式】
[0019]本发明选用苏州工业园区万象电子器件有限公司生产的超声波换能器来进行冻土超声波速测试，每一对换能器由发射换能器和接收换能器组成。如附图1-图3所示，一般有3种类型的换能器:直径较小、接线口在底部的纵波换能器A ;直径较小、接线口在侧面的横波换能器B ;直径较大、接线口在底面的纵波换能器C。
[0020]下面结合附图对本发明的技术方案再作进一步说明:
如图4所示，一种冻土超声波换能器支架，是由托板1、左螺杆2、左挡板3、左应变片4、左垫块5、左压头6、左垫片7、发射换能器8、冻土试样9、接收换能器8’、右垫片7’、右压头6’、右垫块5’、右应变片4’、右挡板3’、右螺杆2’和外部设备应变仪10、波速仪11、可控温试验箱12组成。托板1、左螺杆2、右螺杆2’、左挡板3、右挡板3’、左垫块5、右垫块5’、左压头6、右压头6’、左垫片7、右垫片7’全部由导热性不良、强度高的材料(如有机玻璃)制成。托板1、左挡板3、右挡板3’通过耐低温强力胶水粘合在一起，组成底座，底座下面可以通风。左挡板3上安装左螺杆2、右挡板3’上安装右螺杆2’。在托板I上面、左挡板3和右挡板3’之间，依序安装左垫块5、左压头6、左垫片7、发射换能器8、冻土试样9、接收换能器8’、右垫片7’、右压头6’、右垫块5’，其中:发射换能器8、接收换能器8’和冻土试样9之间涂耦合剂；左压头6放置在发射换能器8左侧，右压头6’放置在接收换能器8，右侧；托板I是圆弧形的，其直径和长度根据发射换能器8和接收换能器8’、冻土试样9的最大尺寸而定，这样，托板I尺寸、左挡板3和右挡板3’之间的距离就确定了 ；当发射换能器8和接收换能器8，的直径小于托板I直径时，使用左垫片7和右垫片7’，左垫片7和右垫片V为圆弧形薄片，左垫片7垫在发射换能器8下面、右垫片V垫在接收换能器8，下面；当左压头6、右压头6’、发射换能器8、接收换能器8’和冻土试样9总长度小于左挡板3和右挡板3’之间的距离时，使用左垫块5和右垫块Y，左垫块5和右垫块Y为实心圆柱，其直径与左压头6和右压头6’ 一致，左垫块5安装在左压头6左侧、右垫块Y安装在右压头6’右侧。左螺杆2与左压头6 (或左垫块5)的中心位置对应，右螺杆2’与右压头6’(或右垫块5’)的中心位置对应；左螺杆2与左压头6 (或左垫块5)之间粘贴左应变片4、右螺杆2’与右压头6’ (或右垫块5’ )之间粘贴右应变片4’ ；左应变片4和右应变片4’通过导线14与应变仪10连接；拧动左螺杆2和右螺杆2’、顶住左压头6和右压头6’(或左垫块5和右垫块5’)，通过应变仪10读出左应变片4和右应变片4’测得的微应变值，从而控制发射换能器8和接收换能器8，与冻土试样9之间的接触紧密程度。
[0021]上述托板1、左螺杆2、左挡板3、左应变片4、左垫块5、左压头6、左垫片7、发射换能器8、冻土试样9、接收换能器8’、右垫片7’、右压头6’、右垫块5’、右应变片4’、右挡板3’、右螺杆2’全部放置在可控温试验箱12内，应变仪10和波速仪11放置在试验箱12外，左应变片4和右应变片4’和发射换能器8、接收换能器8’的导线14引到箱外、分别与应变仪10和波速仪11连接。
[0022]发射换能器8与接收换能器8’的形状完全相同，左压头6与右压头6’的形状也相同，对于图1-图3所示的三种类型的发射换能器(即纵波发射换能器8A、横波发射换能器8B、纵波发射换能器8C)，分别对应如图7-图9所示的三种类型的左压头6A、6B、6C。因此，下面以发射换能器8和左压头6为例给予说明。对于直径较小、接线口 13在底部的纵波发射换能器8A选用压头6A，压头6A前端是一个圆弧形台、其内径与纵波发射换能器8A相同，中部侧面开槽，底部是实心的，使用时，纵波发射换能器8A放置在压头6A前端的圆弧形台上，接线口 13放在中部侧面槽中、并引出导线14 ;对于直径较小、接线口 13在侧面的横波发射换能器8B，选用压头6B，压头6B中心开有圆孔、其直径与横波发射换能器SB直径相同，且一侧开槽，底部是实心的，使用时，横波发射换能器8B放置在压头6B的中心圆孔中，接线口 13放在侧面槽中、并引出导线14;对于直径较大、接线口 13在底部的纵波发射换能器SC，选用压头6C，压头6C侧面开槽，底部是实心的，使用时，换能器SC与压头6C并排放置托板I上，接线口 13放在侧面槽中、并引出导线14。
[0023]本发明通过应变片测得的微应变大小来控制换能器和试样接触的紧密程度，对于同一组试验的不同试样，每一次都采用相同的微应变标准，就能够控制相同的接触程度，使试验条件一致。对于不同类型的换能器，采用不同类型的压头。由托板I和左挡板3、右挡板3’组成的底座直径和长度，根据最大的换能器和冻土试样所需要的尺寸来定，当发射换能器8、接收换能器8’、冻土试样9的尺寸较小时，通过圆弧形左垫片7和右垫片7’、实心圆柱左垫块5和右垫块5’来调节发射换能器8、接收换能器8’、冻土试样9直径和高度。
【权利要求】
1.一种冻土超声波换能器支架，是由托板(I)、左螺杆(2)、左挡板(3)、左应变片(4)、左垫块(5)、左压头(6)、左垫片(7)、发射换能器(8)、冻土试样(9)、接收换能器(8’)、右垫片(7’)、右压头(6’)、右垫块(5’)、右应变片(4’)、右挡板(3’)、右螺杆(2 ’)、应变仪(10),波速仪(11)和可控温试验箱(12)组成其特征是:托板(I)、左挡板(3)、右挡板(3’)通过耐低温强力胶水粘合组成底座，底座下面可以通风，左挡板(3)上安装左螺杆(2)、右挡板(3’)上安装右螺杆(2’)；在托板(I)上面、在左挡板(3)和右挡板(3’)间，依序安装左垫块(5)、左压头(6)、左垫片(7)、发射换能器(8)、冻土试样(9)、接收换能器(8’)、右垫片(7’)、右压头(6’)、右垫块(5’ );其中:发射换能器(8)和接收换能器(8’ )分别居于冻土试样(9)左右两侧，发射换能器(8)、接收换能器(8’)和冻土试样(9)之间涂耦合剂，左压头(6 )放置在发射换能器(8 )左侧、右压头(6 ’)放置在接收换能器(8 ’)右侧，左应变片(4 )和右应变片(4’)通过导线(14)与应变仪(10)连接，发射换能器(8)和接收换能器(8’ )通过导线(14)与波速仪(11)连接；应变仪(10 )与波速仪(11)置于可控温试验箱(12 )外。
【文档编号】G01N29/22GK104280461SQ201310282808
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2013年7月8日 优先权日:2013年7月8日
【发明者】赵淑萍, 邴慧, 杜玉霞, 刘继民, 彭万巍 申请人:中国科学院寒区旱区环境与工程研究所