具有温度监测功能的电磁超声传感器及检测系统的制作方法

本发明涉及检测领域，具体而言，涉及一种具有温度监测功能的电磁超声传感器及检测系统。

背景技术：

电磁超声是高温设备在役在线检测的重要手段，其中高温电磁超声传感器是实现高温检测最核心的部分。高温电磁超声传感器按其冷却方式分为主动冷却式和无主动冷却式，主动冷却式传感器需要专门的冷却系统，结构复杂、体积大，主要应用生产线上的大批量自动化检测，而无主动冷却式传感器因其不需要附带冷却装置，具有结构简单、体积小、便于携带等特点，在工程高温检测中得到了广泛应用。

由于没有主动冷却措施，为了保护传感器组件、保证其有效换能，在检测中对无主动冷却高温电磁超声传感器的工作温度范围及与被检高温工件的接触时间都有明确的规定和要求。

现有的电磁超声传感器在使用中很难控制接触时间，多数情况下检测人员凭经验来判断接触时间或者采用秒表来定时，现场操作极不方便，且人为因素使定时判断存在较大误差，导致传感器内部功能组件极其容易因温度过高而损坏失效，传感器的使用性能和使用寿命得不到保障。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种具有温度监测功能的电磁超声传感器及检测系统，以解决现有技术中超声传感器在使用时很难控制其与高温工件的接触时间的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种具有温度监测功能的电磁超声传感器，包括外壳和设置在外壳的内部的超声检测组件，超声检测组件用于与被测工件作用产生超声波信号并接收回波信号。该电磁超声传感器还包括温度检测组件，温度检测组件包括第一温度检测器和温度监测单元，第一温度检测器设置在外壳内，用于检测超声检测组件的温度。温度监测单元与第一温度检测器电连接，用于接收第一温度检测器检测到的第一温度值并与第一预定值进行比对，当第一温度值大于第一预定值，温度监测单元发出预警信号。

进一步地，电磁超声传感器还包括超声检测单元，超声检测单元与超声检测组件电连接，超声检测单元用于发出激励信号并接收和处理超声检测组件检测到的超声波信号。

进一步地，温度检测组件还包括第二温度检测器，第二温度检测器设置在外壳的底部，用于测量被测工件的表面温度，温度监测单元分别与第二温度检测器和超声检测单元电连接，温度监测单元还用于接收第二温度检测器检测到的第二温度值，并反馈给超声检测单元，超声检测单元根据第二温度值校准超声波的速度。

进一步地，电磁超声传感器还包括信号接头，信号接头的一端与超声检测组件、第一温度检测器和第二温度检测器分别电连接，信号接头的另一端通过接线与温度监测单元和超声检测单元分别电连接。

进一步地，超声检测组件包括磁体和线圈，磁体设置在外壳的内部，线圈设置在外壳的内部并位于磁体的下侧。

进一步地，第一温度检测器与磁体和/或线圈接触，以检测磁体和/或线圈的温度。

进一步地，外壳还包括筒体、安装座和固定座，筒体具有上开口和下开口，安装座设置在下开口上，磁体设置在安装座的上端，线圈设置在安装座的下端，固定座设置在上开口处，并与磁体的上端固定连接。

进一步地，外壳还包括端盖，端盖设置在固定座的上端，用于封堵上开口。

进一步地，外壳还包括耐磨保护层，耐磨保护层设置在安装座的下端并覆盖线圈，耐磨保护层用于保护线圈。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种检测系统，包括相连接的电磁超声传感器和超声仪器，电磁超声传感器为上述的电磁超声传感器，电磁超声传感器的温度监测单元和超声检测单元设置在超声仪器上。

应用本发明的技术方案，使用时，将电磁超声传感器置于被测工件上，超声检测组件与被测工件作用产生超声波信号的同时，被测工件的温度传递到超声检测组件上，使超声检测组件的温度逐渐上升。第一温度检测器检测超声检测组件的温度，温度监测单元实时接收第一温度检测器检测的温度，并将其与第一预定值进行比对。当接收到的第一温度值大于第一预定值时，温度监测单元发出预警信号，此时，将电磁超声传感器与被测工件脱开，从而确保超声检测组件的温度保持在安全温度范围内，进而保证电磁超声传感器的使用性能和使用寿命。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的电磁超声传感器的实施例的原理图；

图2示出了图1中的电磁超声传感器的剖视示意图；

图3示出了图2中的A处的结构放大示意图；以及

图4示出了图1中的电磁超声传感器的外部结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、外壳；11、筒体；12、安装座；13、固定座；14、端盖；15、耐磨保护层；20、超声检测组件；21、磁体；22、线圈；30、第一温度检测器；40、温度监测单元；50、超声检测单元；60、第二温度检测器；70、信号接头。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述做出相应解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

图1和图2分别示出了本发明的具有温度监测功能的电磁超声传感器实施例的原理图和剖视图，该电磁超声传感器包括外壳10和设置在外壳10的内部的超声检测组件20，超声检测组件20用于与被测工件1作用产生超声波信号并接收回波信号。该电磁超声传感器还包括温度检测组件，温度检测组件包括第一温度检测器30和温度监测单元40，其中，第一温度检测器30设置在外壳10内，用于检测超声检测组件20的温度。温度监测单元40与第一温度检测器30电连接，用于接收第一温度检测器30检测到的第一温度值并与第一预定值进行比对，当第一温度值大于第一预定值，温度监测单元40发出预警信号。

使用时，将电磁超声传感器置于被测工件1上，超声检测组件20与被测工件1作用产生超声波信号和接收回波信号的同时，被测工件1的温度传递到超声检测组件20上，使超声检测组件20的温度逐渐上升。第一温度检测器30检测超声检测组件20的温度，温度监测单元40实时接收第一温度检测器30检测的温度，并将其与第一预定值进行比对。当接收到的第一温度值大于第一预定值时，温度监测单元40发出预警信号，此时，将电磁超声传感器与被测工件1脱开，从而确保超声检测组件20的温度保持在安全温度范围内，进而保证电磁超声传感器的使用性能和使用寿命。

可选的，电磁超声传感器还包括超声检测单元50，超声检测单元50与超声检测组件20电连接，用于发出激励信号，并接收和处理超声检测组件20检测到的超声波信号。超声检测单元发出的激励信号传输至超声检测组件20，在超声检测组件20作用下于被测工件1中产生超声波信号，该超声波信号传输给与超声检测组件20电连接的超声检测单元50，超声检测单元50通过对接收到的超声波信号进行处理以检测被测工件1的质量。可选的，可以通过电磁超声传感器对被测工件1的进行厚度检测和/或无损检测等。

在电磁超声高温检测中，需要根据被检对象的材料属性和工作温度来校准超声声速，工程检测中常用的方法是采用红外测温仪等设备测量被检工件的表面温度，然后手动校准超声声速，但由于该方法测量的工件表面温度存在较大的误差，不能实现准确的声速校准，进而会导致检测中出现漏检和误判。

为了解决上述的问题，在本实施例中，温度检测组件还包括第二温度检测器60，第二温度检测器60设置在外壳10的底部，用于测量被测工件1的表面温度。如图1所示，温度监测单元40分别与第二温度检测器60和超声检测单元50电连接，温度监测单元40还用于接收第二温度检测器60检测到的第二温度值，并反馈给超声检测单元50，超声检测单元50根据第二温度值校准超声波的速度。通过实时检测被测工件1的表面温度，并根据检测到的温度实时校准超声波信号的速度，从而缩小了测量误差，确保电磁超声传感器工作的可靠性。可选的，第二温度检测器60采用弹性安装，保证检测时能够与被测工件1良好接触。如图4所示，可在传感器底部设置一个或多个第二温度检测器60，确保检测到的温度能更准确地反映被测工件1的温度。

可选的，第一温度检测器30和/或第二温度检测器60为温度传感器，本实施例中，采用k型热电偶，也可采用其他温度传感器，如热敏电阻、温度计等。

可选的，电磁超声传感器还包括信号接头70，信号接头70的一端与超声检测组件20、第一温度检测器30和第二温度检测器60分别电连接，信号接头70的另一端通过接线与温度监测单元40和超声检测单元50分别电连接。信号接头起到方便插接的作用。如图2和图3所示，在本实施例中，信号接头有两个，其中，第一温度检测器30和第二温度检测器60设置一个共同的信号接头，超声检测组件20单独设置一个信号接头。可选的，还可将第一温度检测器30、第二温度检测器60和超声检测组件20分别设置信号接头，或将第一温度检测器30、第二温度检测器60和超声检测组件20集成到同一个信号接头上。

可选的，超声检测组件20包括磁体21和线圈22。其中，磁体21设置在外壳10的内部，用于提供稳定恒磁场。线圈22设置在外壳10的内部并位于磁体21的下侧，用于产生偏置磁场，超声检测单元发出的激励信号传输至线圈22并在磁体21产生的偏置磁场作用下于被测工件1中产生超声波信号。

可选的，第一温度检测器30与磁体21和/或线圈22接触，以检测磁体21和/或线圈22的温度。磁体21和线圈22是电磁超声传感器的重要组成部件，在电磁超声传感器与被测工件1接触中，被测工件1的温度会传递到磁体21和线圈22上，使磁体21和线圈22的温度上升，因而，可在安全温度较低的部件上设置第一温度检测器30，并将此部件的安全温度值设定为温度监测单元40中的第一预定值，当该部件的温度超过第一预定值时，温度监测单元40就会发出预警信号。可选的，也可在磁体21和线圈22上都设置第一温度检测器30，以同时检测磁体21和线圈22的温度。可选的，第一温度检测器30的安装方式可采用粘结方式。

如图2所示，在本实施例中，外壳10还包括筒体11、安装座12和固定座13。筒体11具有上开口和下开口，安装座12设置在下开口上，磁体21设置在安装座12的上端，线圈22设置在安装座12的下端。固定座13设置在上开口处，并与磁体21的上端固定连接，用于固定磁体21。如图3所示，在本实施例中，安装座12的上下端开设有盲孔，其上端盲孔用以安装磁体21，下端盲孔用以安装线圈22。可选的，在盲孔处还开设有用于容纳第一温度检测器30的凹槽。

可选的，外壳10还包括端盖14，端盖14设置在固定座13的上端，用于封堵上开口。可选的，端盖14与筒体11可采用螺纹连接。可选的，端盖14上对应信号接头70的位置处开设有安装孔位，用于露出部分信号接头70。可选的，端盖14上还可设置延长手柄，端盖侧面为棱面，便于旋拧。

可选的，外壳10还包括耐磨保护层15，耐磨保护层15设置在安装座12的下端并覆盖线圈22，耐磨保护层15用于保护线圈22。

图1还示出了本发明的检测系统的原理，该电磁超声检测系统包括相连接的电磁超声传感器和超声仪器，其中，电磁超声传感器为上述的电磁超声传感器，电磁超声传感器的温度监测单元40和超声检测单元50设置在超声仪器上。温度监测单元40接收第一温度检测器30和第二温度检测器60检测到的温度，并将第二温度检测器60检测到的第二温度值反馈给超声检测单元50，超声检测单元50可以根据第二温度值校准超声波的速度。

需要说明的是，被测工件1为金属导电工件。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

(1)在电磁超声传感器的关键部件上设置第一温度检测器，并通过温度监测单元监测，可以有效保护电磁超声传感器的各功能组件，从而保障电磁超声传感器的使用性能和使用寿命；

(2)在电磁超声传感器的底部设置第二温度检测器，实时检测被测工件1的表面温度，并根据检测到的温度实时校准超声波信号的速度，从而减小了测量误差，确保电磁超声传感器工作的可靠性，减少检测中漏检和误判的情况。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。