一种具有自校正功能的超声波测厚技术的制作方法

本发明主要用于测厚，可用于管道、容器壁厚检测，也可用于金属件内部探伤等。

背景技术：

目前很多行业都需要对工件、设备等进行厚度测量，或者对内部进行探伤等。超声波测厚技术是一种常用的测厚技术，其技术的原理如下：

1、将超声波探头安装在被测件表面，利用超声波探头激发出超声波，使超声波在被测件中传播，当超声波遇到被测件底面时就会有部分超声波反射回来并被超声波探头所接收，测量出超声波在被测件中的传播时间T，然后利用超声波的声速V，即可计算出被测件的厚度，公式如下：

D=VT/2

公式中的D代表被测件的厚度。

由这个公式可以知道，为了准确测量得到被测件的厚度，需要准确知道超声波在被测件中的传播时间T，同时也必须准确知道超声波的声速V。当前的技术可以非常准确地测量出超声波的传播时间，但是超声波在不同的材料中的传播速度是不一样的，而且温度的变化也会改变超声波的声速，目前传统的超声波测厚仪都采用一个统一的超声波声速来计算被测件的厚度，无法校正由于声速改变引起的测量误差。显然传统的超声波测厚技术非常容易受到干扰，精度难以保证。

本专利旨在提出一种带有自校正功能的超声波测厚技术，能够有效消除声速变化对测量造成的影响。

技术实现要素：

本专利主要是针对目前传统的超声波测厚技术需要将超声波的声速纳入壁厚计算，检测结果容易受到外界因素影响这一问题，提出了一种具有自校正功能的超声波测厚技术。

为了消除声速变化对超声波测厚带来的影响，本发明中创新性地引入了一个校正块。该校正块的材料与被测件的材料一致，校正块的厚度可以精确测量得到，命名为D₁。校正块的上端面固定安装一个超声波探头，同时作为超声波激励端以及超声波接收端。对被测件进行测量时，将校正块的下表面通过耦合剂与被测件接触，使超声波能够更多地传播进入被测件。超声波探头激发出超声波，与此同时系统开始计算超声波的传播时间。激发的超声波首先在校正块里传播，当超声波碰到校正块的下表面时，一部分超声波会反射回来被超声波探头所接收到，并记录下信号接收时间，将该时间命名为T₁；一部分超声波会发生透射，然后进入被测件继续传播，当这部分超声波碰到被测件底部时，又有一部分超声波反射回来，并最终被超声波探头所接收，同样记录下信号接收时间，将该时间命名为T₂。此时，利用下面的公式即可求出被测件的厚度：

D₂=D₁（T₂-T₁）/T₁

式中，T₁为超声波探头接收到校正块反射波的时间；T₂为超声波探头接收到被测件反射波的时间；D₁为校正块的厚度，D₂为被测件的厚度。

该公式只需准确测量出校正块的厚度、以及超声波在校正块和被测件中的穿行时间即可求出被测件的厚度，不包含声速，也即是该方法避免了超声波声速变化对测量造成的影响，达到了自校正的目的。

本发明的有益效果：利用超声波技术测厚时，当超声波声速发生了改变，校正块可以有效消除掉声速变化的影响，保证了检测精度。

附图说明

图1 自校正超声波测厚技术原理

图2 自校正超声波测厚技术接收反射超声波时间

图3 超声波在校正块里的穿越时间

图4 超声波在校正块和被测件中的穿越时间。

具体实施方式

本发明的一个实施例详述如下：

本发明是一种具有自校正功能的超声波测厚技术，具体实施步骤如下：

（1）选取一块厚度为10mm的金属平板作为被测对象，该金属平板的材料为20号碳钢。选用20号碳钢加工了一个校正块，该校正块的形状为圆柱形，直径为10mm，厚度为25mm。

（2）将一超声波探头对称固定安装在校正块的上端面。

（3）在校正块的下表面涂抹耦合剂，用于测量金属平板的厚度。

（4）利用加热器加热被测金属平板，用于改变超声波在金属平板中的传播速度，同时由于热传递效应，校正块也同时被加热了，两者的温度一致。

（5）利用本发明中设计的自校正超声波测厚系统和普通的超声波测厚系统分别测量不同温度下的金属平板，测量结果如下：

注：壁厚1为自校正超声波测厚系统的检测结果，壁厚2为传统超声波测厚系统的检测结果。可见，由于温度改变了超声波在被测件中的传播速度，传统的超声波测厚技术的检测精度很低，但是本发明提出的自校正超声波测厚系统则有效消除了超声波声速变化的影响，保持了很好了检测精度。