具有自动施加耦合剂的超声波测量装置及其工作方法与流程

本发明属于传感器制造领域，特别涉及具有自动施加耦合剂的超声波探头及其工作方法。

背景技术：

螺栓作为一种结构简单，拆装方便的连接部件，在工业应用领域得到了广泛应用。在实际使用过程中，螺栓的常见失效形式主要有：受静载荷螺栓的失效多为螺纹部分的塑性变形或螺栓拉断；受变载荷螺栓的失效多为螺栓的疲劳断裂；受横向载荷的铰制孔用螺栓联接，其失效形式主要为螺栓杆剪断，栓杆或被联接件孔接触表面挤压破坏；如果螺纹精度低或联接时常装拆，很可能发生滑扣现象，而这其中，受静载荷的螺栓因轴向预紧力不恰当而引起的螺母松脱或螺栓断裂为最常见的螺栓失效形式，而螺栓轴向预紧力的大小取决于施加在螺栓连接处的应力与扭矩大小。对于钢结构上的螺栓紧固件，为保证结构的安全性和可靠性，必须严格控制螺栓连接件的预紧力，必要时还需对在在役螺栓的工作应力状态进行监测。现有技术中，针对不同材质的螺栓的应力，有多种测试方法，用来测试螺栓连接时的应力或扭矩大小。现有技术中，常用的测试扭矩与应力的方法包括有：扭矩扳手法、应变片测试法、光折射法、磁敏电阻传感器法和超声波应力检测法。

超声波应力检测法作为近年来飞速发展的新型应力检测法，因其具有对人体无害、对被测物无损伤、测量速度快的特点，在越来越多的工业场合得到应用。使用超声波探头对螺栓应力检测时，由于空气与工程材料的声特性阻抗相差很大，为避免超声波探头与螺栓接触面之间存在空气间隙，使超声能量不能有效进入螺栓，实际应用中一般需在超声波探头与螺栓接触面之间涂抹耦合剂。在实际操作中，测量人员通常在超声波探头与螺栓接触面之间涂抹耦合剂后，手动将超声波探头贴紧螺栓接触面，但超声波探头与螺栓之间耦合的紧密程度也在很大程度上影响超声波检测螺栓应力的准确度，手动压紧超声波探头的操作在很大程度上一方面无法保证超声波探头测量的一致性，另一方面也向测试系统引入了偶然误差。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种安装外部待测螺栓的同时喷涂定量的耦合剂，避免人工喷涂耦合剂不均匀引起误差的具有自动施加耦合剂的超声波测量装置。

本发明的另一个目的在于提供一种具有自动施加耦合剂的超声波测量装置的工作方法，该方法基于本发明公开的测量装置，其操作性强、操作简单、测量结果可靠。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供具有自动施加耦合剂的超声波测量装置，该装置包括有超声波探头，该装置还包括有安装壳体和喷涂组件，超声波探头置于安装壳体中，并与安装壳体可拆卸式连接，喷涂组件固定在安装壳体上，且喷涂组件与超声波探头活动连接；测量时，外部待测螺栓装夹在安装壳体上后，超声波探头压紧外部待测螺栓头部，同时喷涂组件对超声波探头与外部待测螺栓的贴合面自动涂抹耦合剂。

安装壳体包括有外壳与探头压紧单元，探头压紧单元置于外壳中，探头压紧单元中设置有固定端与活动端，固定端与活动端之间可伸缩式连接，固定端与外壳固定连接，活动端与超声波探头可拆卸式连接。设置探头压紧单元，一方面方便安装超声波探头，另一方面利用探头压紧单元中活动端与固定端之间的可伸缩式连接关系方便将超声波探头压紧外部待测螺栓。

探头压紧单元包括有压紧弹簧与探头夹具，压紧弹簧的一端与外壳侧壁固定连接，压紧弹簧的另一端探头夹具固定连接，超声波探头可拆卸式连接在探头夹具上。测量时，测量人员将探头夹具推开，探头夹具压缩压紧弹簧，压紧弹簧蓄力，测量人员将外部待测螺栓装夹在外壳上后松手，压紧弹簧的弹性力即可推动探头夹具，带动超声波探头自动压紧外部待测螺栓，且保证在外部载荷改变的情况下，超声波探头与外部待测螺栓之间的压紧力不发生改变，操作简单，方便快捷。

探头压紧单元还包括有压紧导杆，压紧弹簧套设在压紧导杆上，压紧导杆的一端固定在外壳侧壁上，压紧导杆的另一端伸出，探头夹具套接在压紧导杆上，且探头夹具与压紧导杆滑动连接。设置压紧导杆，可方便将压紧弹簧与探头夹具均穿接在压紧导杆上，保证探头夹具在滑动过程中沿既定方向滑动，防止探头夹具被压紧弹簧弹脱，增强了整体装置的结构稳定性。

喷涂组件包括柱塞缸、活塞与喷嘴，柱塞缸固定在外壳的侧壁上，活塞与柱塞缸活动连接，且活塞的尾部与探头夹具固定连接，活塞的头部与柱塞缸围合形成的耦合剂容置空腔，探头夹具在压紧导杆上滑动的过程中，探头夹具带动活塞滑动，耦合剂容置空腔的大小发生改变；喷嘴固定的柱塞缸上，且喷嘴保持与耦合剂容置空腔连通；喷嘴的喷出端对准超声波探头与外部待测螺栓的贴合面。推开的探头夹具以装夹外部待测螺栓的过程中，由于探头夹具与活塞间的固定连接关系，活塞被探头夹具带动，耦合剂容置空腔体积变大，外部耦合剂受压强作用被吸入耦合剂容置腔中，完成耦合剂的自动装填，外部待测螺栓完成装夹后松手，探头夹具将带动活塞活动，耦合剂受挤压从喷嘴中喷出，喷嘴的喷出端对准超声波探头，可使得耦合剂喷出时准确涂抹在超声波探头与外部待测螺栓之间的贴合面上。

喷涂组件包括有的耦合剂存储罐，耦合剂存储罐固定在外壳上，且耦合剂存储罐与耦合剂容置空腔保持连通。

喷涂组件还包括有单向阀，单向阀设置在耦合剂存储罐与耦合剂容置空腔之间的连通管路上，且单向阀保持耦合剂存储罐到耦合剂容置空腔方向上的单向连通。设置耦合剂存储罐与单向阀，测量人员可利用二者一次性添加足量的耦合剂，方便多次试验中不断自动添加耦合剂。

8、具有自动施加耦合剂的超声波装置的工作方法，该方法包括有以下步骤：

s1：安装探头：将超声波探头安装在探头夹具上；

s2：安装外部待测螺栓；

s3：开始测量。

进一步地，s2：安装外部待测螺栓包括有以下子过程：

s21：推开探头夹具，压紧弹簧被压缩；

s22：探头夹具带动活塞滑动，耦合剂容置腔从耦合剂存储罐中吸入耦合剂；

s23：将外部待测螺栓装夹在外壳上，保持外部待测螺栓头部朝里，其尾部向外壳外侧伸出。

进一步地，s3：压紧外部待测螺栓，开始测量包括有以下子过程：

s31：松开探头夹具，压紧弹簧伸长，推动探头夹具；

s32：探头夹具带动活塞滑动，耦合剂受活塞挤压，从喷嘴中喷出，涂覆在超声波探头与外部待测螺栓的贴合面上；

s33：探头夹具带动超声波探头压紧外部待测螺栓的头部。

本发明的优势在于：相比于现有技术，在本发明当中提供的螺栓测量装置在装夹外部待测螺栓的同时自动施加耦合剂，避免了人工涂抹耦合剂不定量、不均匀等影响超声波与外部待测螺栓的耦合关系的问题，保证螺栓测量过程便捷高效、测量结果可靠。

附图说明

图1是本发明具有自动施加耦合剂的超声波测量装置装夹外部待测螺栓a时的第一视角整体结构示意图。

图2是本发明具有自动施加耦合剂的超声波测量装置装夹外部待测螺栓a时的第二视角整体结构示意图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

参见图1-2所示，本发明提供具有自动施加耦合剂的超声波测量装置，该装置包括有超声波探头1，该装置还包括有安装壳体2和喷涂组件3，超声波探头1置于安装壳体2中，并与安装壳体2可拆卸式连接，喷涂组件3固定在安装壳体2上，且喷涂组件3与超声波探头1活动连接；测量时，外部待测螺栓装夹在安装壳体2上后，超声波探头1压紧外部待测螺栓头部，同时喷涂组件3对超声波探头1与外部待测螺栓的贴合面自动涂抹耦合剂。

安装壳体2包括有外壳21与探头压紧单元22，探头压紧单元22置于外壳21中，探头压紧单元22中设置有固定端与活动端，固定端与活动端之间可伸缩式连接，固定端与外壳21固定连接，活动端与超声波探头1可拆卸式连接。设置探头压紧单元22，一方面方便安装超声波探头1，另一方面利用探头压紧单元22中活动端与固定端之间的可伸缩式连接关系方便将超声波探头1压紧外部待测螺栓。

探头压紧单元22包括有压紧弹簧221与探头夹具222，压紧弹簧221的一端与外壳21侧壁固定连接，压紧弹簧221的另一端探头夹具222固定连接，超声波探头1可拆卸式连接在探头夹具222上。测量时，测量人员将探头夹具222推开，探头夹具222压缩压紧弹簧221，压紧弹簧221蓄力，测量人员将外部待测螺栓装夹在外壳21上后松手，压紧弹簧221的弹性力即可推动探头夹具222，带动超声波探头1自动压紧外部待测螺栓，且保证在外部载荷改变的情况下，超声波探头1与外部待测螺栓之间的压紧力不发生改变，操作简单，方便快捷。

探头压紧单元22还包括有压紧导杆223，压紧弹簧221套设在压紧导杆223上，压紧导杆223的一端固定在外壳21侧壁上，压紧导杆223的另一端伸出，探头夹具222套接在压紧导杆223上，且探头夹具222与压紧导杆223滑动连接。设置压紧导杆223，可方便将压紧弹簧221与探头夹具223均穿接在压紧导杆223上，保证探头夹具222在滑动过程中沿既定方向滑动，防止探头夹具222被压紧弹簧221弹脱，增强了整体装置的结构稳定性。

喷涂组件3包括柱塞缸31、活塞32与喷嘴33，柱塞缸31固定在外壳21的侧壁上，活塞32与柱塞缸31活动连接，且活塞32的尾部与探头夹具222固定连接，活塞32的头部与柱塞缸31围合形成的耦合剂容置空腔，探头夹具222在压紧导杆223上滑动的过程中，探头夹具222带动活塞32滑动，耦合剂容置空腔的大小发生改变；喷嘴33固定的柱塞缸31上，且喷嘴33保持与耦合剂容置空腔连通；喷嘴33的喷出端对准超声波探头1与外部待测螺栓的贴合面。推开的探头夹具222以装夹外部待测螺栓的过程中，由于探头夹具222与活塞32间的固定连接关系，活塞32被探头夹具222带动，耦合剂容置空腔体积变大，外部耦合剂受压强作用被吸入耦合剂容置腔中，完成耦合剂的自动装填，外部待测螺栓完成装夹后松手，探头夹具222将带动活塞32活动，耦合剂受挤压从喷嘴33中喷出，喷嘴33的喷出端对准超声波探头1，可使得耦合剂喷出时准确涂抹在超声波探头1与外部待测螺栓之间的贴合面上。

喷涂组件3包括有的耦合剂存储罐34，耦合剂存储罐34固定在外壳21上，且耦合剂存储罐34与耦合剂容置空腔保持连通。

喷涂组件3还包括有单向阀(图未示)，单向阀设置在耦合剂存储罐34与耦合剂容置空腔之间的连通管路上，且单向阀保持耦合剂存储罐34到耦合剂容置空腔方向上的单向连通。设置耦合剂存储罐34与单向阀，测量人员可利用二者一次性添加足量的耦合剂，方便多次试验中不断自动添加耦合剂。

8、具有自动施加耦合剂的超声波装置的工作方法，该方法包括有以下步骤：

s1：安装探头：将超声波探头1安装在探头夹具上；

s2：安装外部待测螺栓；

s3：开始测量。

进一步地，s2：安装外部待测螺栓包括有以下子过程：

s21：推开探头夹具222，压紧弹簧221被压缩；

s22：探头夹具222带动活塞32滑动，耦合剂容置腔从耦合剂存储罐34中吸入耦合剂；

s23：将外部待测螺栓装夹在外壳21上，保持外部待测螺栓头部朝里，其尾部向外壳外侧伸出。

进一步地，s3：压紧外部待测螺栓，开始测量包括有以下子过程：

s31：松开探头夹具222，压紧弹簧221伸长，推动探头夹具222；

s32：探头夹具222带动活塞32滑动，耦合剂受活塞32挤压，从喷嘴中喷出，涂覆在超声波探头1与外部待测螺栓的贴合面上；

s33：探头夹具222带动超声波探头1压紧外部待测螺栓的头部。

本发明的优势在于：相比于现有技术，在本发明当中提供的螺栓测量装置在装夹外部待测螺栓的同时自动施加耦合剂，避免了人工涂抹耦合剂不定量、不均匀等影响超声波与外部待测螺栓的耦合关系的问题，保证螺栓测量过程便捷高效、测量结果可靠。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。