一种面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置的制作方法

本实用新型涉及金属绞线损伤快速检测领域，尤其涉及一种面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置。

背景技术：

金属绞线作为有效承载部件越来被广泛应用于桥梁、港口、铁路、建筑等大型环境中，绞线结构健康监测已成为国内外研究热点。测量对象复杂化、测量条件极端化容易引发许多新型测量问题。一方面由于金属绞线结构制造水平提高、新型材料引入、结构出现新变化，大大地拓宽了它的使用范围，同时使得损伤形状也表现出多样性和复杂性，这对金属绞线结构损伤检测技术提出了更高的要求。

目前金属绞线损伤检测方法可分为非导波检测和导波检测。导波传播探测方式克服了非导波方法面临的复杂媒质穿透等问题，适合长距离在役探测，逐渐成为近年来绞线结构损伤检测领域主要研究方向之一。导波检测方法主要包括声发射法、超声波反射法和主动声发射法。

针对现役金属绞线结构损伤超声导波检测，国内外现今常用的方式是采用磁致伸缩传感器进行超声导波的激励与接收，发表的文献主要包括：北京工业大学刘增华学者(2010)的《基于磁致伸缩效应在钢绞线中激励接收纵向导波模态的试验研究》；香港城市大学PWTse学者(2011)的《An innovative design for using flexible printed coils for magnetostrictive-based longitudinal guided wave sensors in steel strand inspection》。纵观国内外针对金属绞线结构损伤检 测研制的专用超声导波传感器，几乎均是基于磁致伸缩效应的传感器。但由于磁致伸缩效应仅在铁、钴、镍这三种材料有效，意味着如果将磁致伸缩传感器用于非铁磁性材料绞线上将使传感器结构变得异常复杂，丧失其结构简单的优点，导致磁致伸缩传感器在非铁磁性材料绞线上无法便捷地直接使用。

在对非铁磁性材料绞线进行结构损伤超声导波检测时，现今常用的方式需要将换能器固定于被检测绞线上，以实现电信号-超声导波信号间的转化。而一般的固定方法是采用双组分胶粘剂将PZT压电陶瓷粘结，由于胶粘剂硬化需要一定的时间，因此该方法用于有大量检测目标的金属绞线在役检测时就显得非常低效了。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种结构较简单、检测精准、效率高的面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置，包括两个半圆形基体构成的夹持部1和分布在夹持部1上用于检测绞线结构损伤的多个针状检测单元；

所述针状检测单元包括呈放射状分布在夹持部1上的多个检测针机构；该检测针机构包括检测针2、压电换能器3；在夹持部1的半圆形基体上开设有多个导向腔；所述检测针2置于该导向腔内，其内端部伸出半圆形基体的内侧壁，外端部伸出半圆形基体的外部，压电换能器3安装在检测针2的外端部上；

在导向腔内设有一用于给检测针2提供一个轴向下压力的弹性部件，当夹持部1夹持在被检测绞线上时，使检测针2的内端部紧密贴合被检测绞线。

所述夹持部1的其中一个半圆形基体上设有一个将耦合剂充盈至检测针2与被检测绞线之间的耦合剂添加装置；所述检测针2的内端部与被检测绞线的结合面形状相应。

所述耦合剂添加装置包括耦合剂容器9、分布在两个半圆形基体两侧的多个耦合剂喷嘴11，各耦合剂喷嘴11通过分布在两个半圆形基体侧壁的管路连通耦合剂容器9；耦合剂喷嘴11向内弯折，喷射角度与检测针2的轴线相交。

所述两个半圆形基体侧壁上的管路之间通过软管12实现互通；

所述耦合剂容器9上设置有耦合剂添加开关13，当推动耦合剂添加开关13时，耦合剂经过管路并从耦合剂喷嘴11喷出。

所述弹性部件是一个套设在检测针2杆体上的弹簧4；该弹簧4的一端与导向腔外侧的限位板5的内缘相抵，另一端与设在检测针2杆体上的凸沿6相抵，凸沿6的下端面与导向腔内侧凸缘之间设有隔声垫片7。

所述检测针2的数量与被检测绞线外层线芯股数相同。

所述夹持部1设有手柄14，所述压电换能器3的传输线15穿过手柄14连接外部控制设备。

所述限位板5通过螺栓8固定在夹持部1的半圆形基体上。

所述检测针2的外端部具有一阶梯面，压电换能器3贴合在该阶梯面上；所述检测针2材质为金属绞线单股线芯。

一种绞线结构损伤超声导波方法如下：

(1)在对(金属)绞线结构损伤的检测过程中，需要两个面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置，其中一个用于激励超声导波信号，另一个用于接收超声导波信号；

(2)将两个面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置，通过手柄14分别夹持在待检测的绞线上，操作人员通过对手柄14施加握紧力，待检测的 绞线被包围在多根检测针2之间；与此同时，导向腔内的弹性部件给检测针2提供一个轴向下压力矩，使检测针2的内端部紧密贴合被检测绞线；

(3)将储存在耦合剂容器9内的耦合剂，通过耦合剂添加开关13推送至耦合剂喷嘴11，耦合剂喷嘴11将耦合剂充盈至检测针2与被检测绞线的空隙内；

(4)开始检测；检测源信号由控制设备通过传输线15导入其中一个作为激励超声导波信号的面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置中，此时，压电换能器3作为声电换能器激励超声波，超声导波信号通过检测针2传给待检测的绞线检测工件，以产生带有损伤信息的检测结果信号；此时，另外一个作为接收超声导波信号的面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置，将该带有损伤信息的检测结果信号通过检测针2的传播经压电换能器3重新转换成电信号，并通过传输线15传回控制设备；完成一次检测流程。

本实用新型相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本实用新型包括针状检测单元和一个耦合剂添加装置；耦合剂添加装置将耦合剂充盈至针状检测单与被检测绞线之间；这种结构技术手段简便易行，解决了现今对大量现役金属绞线等圆柱形物件采用超声导波检测方法进行结构损伤检测时，由于缺乏有效的专用传感器而需要采用双组分胶粘剂将PZT压电陶瓷粘结而造成的检测效率低下的问题，从而实现快速检测金属绞线等圆柱形被检测件，大幅度提高检测效率。

本实用新型在导向腔内设有一用于给检测针提供一个轴向下压力矩的弹性部件，当夹持部夹持在被检测绞线上时，使检测针的内端部紧密贴合被检测绞线。检测针的数量与被检测绞线最外层线芯股数相同，可以根据绞线最外层线芯股数来改变检测装置的检测单元数量，使检测装置更具有多用途性；检测针的内端部与被检测绞线的结合面形状相应，如圆弧形凹面，以提高与绞线间的接触面积；本实用新型克服了现有金属绞线超声导波检测技术存在 的检测不方便、效率低、繁琐、被检绞线材料仅限铁磁性材料等缺陷，为不同材料的金属绞线等圆柱形等被检测工件提供了有效实用的检测工具。

本实用新型所述手柄、耦合剂添加装置可以使得操作人员在进行检测工作时仅通过双手的操作即可便捷地完成装置的夹持、耦合剂的添加及与被检绞线间的良好耦合。使本实用新型具有检测精准、快捷、便携等优点。

附图说明

图1为本实用新型面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置结构示意图。

图2为图1去除手柄外壳后的结构示意图。

图3为图2的剖视图。

图4为检测针结构示意图。

图5为检测时，使用本实用新型两个面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置，夹持在被检测绞线上的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作进一步具体详细描述。

实施例

如图1至5所示。本实用新型公开了一种面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置，包括两个半圆形基体构成的夹持部1和分布在夹持部1上用于检测绞线结构损伤的多个针状检测单元；

所述针状检测单元包括呈放射状分布在夹持部1上的多个检测针机构；该检测针机构包括检测针2、压电换能器3；在夹持部1的半圆形基体上开设有多个导向腔；所述检测针2置于该导向腔内，其内端部伸出半圆形基体的内侧壁，外端部伸出半圆形基体的外部，压电换能器3安装在检测针2的外端部上；

在导向腔内设有一用于给检测针2提供一个轴向下压力的弹性部件，当 夹持部1夹持在被检测绞线上时，使检测针2的内端部紧密贴合被检测绞线。

所述夹持部1的其中一个半圆形基体上设有一个将耦合剂充盈至检测针2元与被检测绞线之间的耦合剂添加装置；所述检测针2的内端部与被检测绞线的结合面形状相应。

所述耦合剂添加装置包括耦合剂容器9、分布在两个半圆形基体两侧的多个耦合剂喷嘴11，各耦合剂喷嘴11通过分布在两个半圆形基体侧壁的管路连通耦合剂容器9；耦合剂喷嘴11向内弯折，喷射角度与检测针2的轴线相交。本实用新型耦合剂喷嘴11分为四组，每组三个，并均等分布在两个半圆形基体两侧。

所述两个半圆形基体侧壁上的管路之间通过软管12实现互通；

所述耦合剂容器9上设置有耦合剂添加开关13，当推动耦合剂添加开关13时，耦合剂经过管路并从耦合剂喷嘴11喷出。

所述弹性部件是一个套设在检测针2杆体上的弹簧4；该弹簧4的一端与导向腔外侧的限位板5的内缘相抵，另一端与设在检测针2杆体上的凸沿6相抵，凸沿6的下端面与导向腔内侧凸缘之间设有隔声垫片7。

所述检测针2的数量与被检测绞线外层线芯股数相同。

所述夹持部1设有手柄14，所述压电换能器3的传输线15穿过手柄14连接外部控制设备。

所述限位板5通过螺栓8固定在夹持部1的半圆形基体上。

所述检测针2的外端部具有一阶梯面，压电换能器3贴合在该阶梯面上；所述检测针2材质为金属绞线单股线芯。

本实用新型绞线结构损伤超声导波方法，可通过如下步骤实现：

(1)在对(金属)绞线结构损伤的检测过程中，需要两个面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置，其中一个用于激励超声导波信号，另一个用于接收超声导波信号；

(2)将两个面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置，通过手柄14 分别夹持在待检测的绞线上，操作人员通过对手柄14施加握紧力，待检测的绞线被包围在多根检测针2之间；与此同时，导向腔内的弹性部件给检测针2提供一个轴向下压力矩，使检测针2的内端部紧密贴合被检测绞线；

(3)将储存在耦合剂容器9内的耦合剂，通过耦合剂添加开关13推送至耦合剂喷嘴11，耦合剂喷嘴11将耦合剂充盈至检测针2元与被检测绞线的空隙内；

(4)开始检测；检测源信号由控制设备通过传输线15导入其中一个作为激励超声导波信号的面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置中，此时，压电换能器3作为声电换能器激励超声波，超声导波信号通过检测针2传给待检测的绞线检测工件，以产生带有损伤信息的检测结果信号；此时，另外一个作为接收超声导波信号的面向绞线结构损伤针状式超声导波检测装置，将该带有损伤信息的检测结果信号通过检测针2的传播经压电换能器3重新转换成电信号，并通过传输线15传回控制设备；完成一次检测流程。

如上所述，便可较好地实现本实用新型。

本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。