一种用于超声测量中波速与温度关联关系标定装置的制作方法

本发明涉及超声波探测领域，特别涉及一种用于超声测量中波速与温度关联关系标定装置。

背景技术：

在超声测温和测厚等方面，超声波在固体介质中的传播速度(波速)与温度的关联关系是得到准确测量结果的重要基础和先决条件。由于超声波在固体介质中存在多种传播波形，固体物性对波速影响复杂，波速尚没有明确的理论公式来描述，需要通过实验标定不同材料对应的经验公式，其标定方法为测量一系列均匀温度状态下超声波在均匀固体中的传播时间，再通过介质厚度计算波速。

目前，标定实验主要是在实验室中进行，需要操作员在设定温度提取数据，同时，在高温段(200℃以上)存在热电偶的安装固定和试件的保温问题，标定过程较为复杂，不利于超声测温、测厚工程应用的推广。因此，针对超声的波速与温度的标定实验发展一种自动化测量装置，对于超声测温和超声测厚等方法的精确度提高和应用推广有着重要意义。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，提供了一种针对超声的波速与温度的标定实验的自动化测量装置。

本发明采用的技术方案如下：一种用于超声测量中波速与温度关联关系标定装置，包括：微控制器、电磁超声收发模块、加热模块、保温模块、温度测量模块、被测试件以及显示模块；所述电磁超声收发模块、加热模块、保温模块和温度测量模块均作用于被测试件；所述微控制器分别与电磁超声收发模块、加热模块、温度测量模块连接，控制各个模块工作，并采集电磁超声收发模块和温度测量模块的数据从而计算超声波在被测试件中的波速与温度的关系；所述显示模块与微控制器连接，用于显示波速与温度的标定结果。

进一步的，所述被测试件放置于保温模块内部，所述温度测量模块包括温度采集器和温度传感器，所述温度传感器插入被测试件内部，并固定在保温模块上，测量被测试件的内部温度，温度采集器采集温度传感器的温度数据传输给微控制器。

进一步的，所述保温模块为空心圆柱型结构，所述空心圆柱的通孔为两个孔径不同的圆柱形通孔拼接而成，上部通孔孔径小于下部通孔孔径，所述保温模块下部还从侧面横向开设螺纹通孔，通过螺纹通孔固定温度传感器。

进一步的，所述被测试件放置在所述空心圆柱的下部通孔中，所述电磁超声收发模块安装在所述空心圆柱的上部通孔中。

进一步的，所述保温模块由氧化锆制成。

进一步的，所述温度传感器为耐高温的k型热电偶。

进一步的，所述加热模块由电控加热板组成，由微控制器控制电控加热板的加热温度。

进一步的，所述电磁超声收发模块包括声学信号采集器、超声波收发器分别与微控制器连接，由微控制器控制超声波收发器发出超声波至被测试件进行往返传输，由声学信号采集器进行采集得到超声波在被测试件中的传播时间，并将数据传输给微控制器。

进一步的，所述微控制器为fpga芯片，内置声学信息和温度信息的数据处理软件，用于根据稳定温度下对应的超声波传播时间计算波速，得到波速和温度之间的关联关系式。

与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：该装置通过集成超声波波速与温度标定的各个模块，实现标定实验的一体化和自动化测量，直接得到波速和温度的关联关系；该装置能够简单快捷地得到波速和温度的关系，可根据使用者的需求标定材料的超声传播特性，扩展了超声测温、测厚等技术在实际使用中对材料的适应性。

附图说明

图1是本发明的标定装置原理示意图。

图2是本发明的一实施例的标定装置立体图。

图3是本发明的一实施例的标定装置中的保温模块示意图。

附图标记：1-微控制器，2-电磁超声收发模块，3-保温模块，4-加热模块，5-显示模块，6-螺纹通孔，7-上部通孔，8-下部通孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1，一种针对超声测量方法的波速与温度关联关系标定装置，包括微控制器1、电磁超声收发模块2、加热模块4、保温模块3、温度测量模块和显示模块5。

其中，电磁超声收发模块、加热模块、保温模块和温度测量模块均作用于被测试件；所述微控制器分别与电磁超声收发模块、加热模块、温度测量模块连接，控制各个模块工作，并采集电磁超声收发模块和温度测量模块的数据从而计算超声波在被测试件中的波速与温度的关系；所述显示模块与微控制器连接，用于显示波速与温度的标定结果。所述微控制器为fpga芯片。所述温度测量模块包括温度采集器和温度传感器，所述温度传感器插入被测试件内部，并固定在保温模块上，测量被测试件的内部温度，温度采集器采集温度传感器的温度数据传输给微控制器。

针对得到600℃高温下的声时与固体介质温度的关联关系的要求，所述保温模块由氧化锆制成，温度传感器为耐高温的k型热电偶。

针对高温下试件安装温度传感器监测温度的要求，所述被测试件放置于保温模块内部，温度传感器插入被测试件内部，并固定在保温模块上，测量被测试件的内部温度。

所述保温模块为空心圆柱型结构，所述空心圆柱的通孔为两个孔径不同的圆柱形通孔拼接而成，上部通孔7孔径小于下部通孔8孔径，所述保温模块下部还从侧面横向开设螺纹通孔，通过螺纹通孔固定温度传感器。所述螺纹通孔垂直于所述空心圆柱的轴线。

作为优选，所述下部通孔为直径为60mm，深度为12mm的圆柱形通孔，测试时被测试件放入下部通孔同，被测试件形状为与保温壳匹配的圆柱，直径为59mm,高度10mm。

针对被测试件温度稳定的要求，加热模块由电控加热板组成，采用电控加热板对被测试件进行加热，温度稳定后，试件温度波动在1℃以内。

所述电磁超声收发模块包括声学信号采集器、超声波收发器分别与微控制器连接，由微控制器控制超声波收发器发出超声波至被测试件进行往返传输，由声学信号采集件进行采集得到超声波在被测试件中的传播时间，并将时间数据传输给微控制器。

作为优选，所述声学信号采集器为示波器。

微控制器能够分步设置加热模块的温度，判断接收到的温度测量模块数据是否稳定，控制电磁超声收发模块的工作。同时微控制器中还内置了声学信息和温度信息的数据处理软件，用于根据稳定温度下对应的超声波传播时间计算波速，得到波速和温度之间的关联关系式。

作为优选，所述显示模块为触摸显示屏。

本实施例提供的标定装置为一体化装置，上述模块分别集成在以壳体上或内部，显示模块5设置在壳体的外部壳体上，微控制器1与温度测量模块中的温度采集器设置在壳体内部，依次从下往上安装的加热模块4、保温模块3、电磁超声收发模块2设置在壳体顶部。温度采集器通过导线采集设置于保温模块中的温度传感器的温度。

该装置通过集成超声波波速与温度标定的各个模块，实现标定实验的一体化和自动化测量，直接得到波速和温度的关联关系。

同时，可根据使用者的需求标定材料的超声传播特性，扩展了超声测温、测厚等技术在实际使用中对材料的适应性。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。