一种基于超声横波探测的高精度测厚方法及装置与流程

1.本发明涉及超声横波测量领域，更为具体的，涉及一种基于超声横波探测的高精度测厚方法及装置。


背景技术：

2.利用超声横波测厚是无损检测的重要方法之一，具有非接触、实时性好等优点。如图1所示，在石油化工等领域，长时间的高温氧化或流体冲刷等因素导致结构内表面产生厚度减薄问题，一定程度上给设备的正常运行带来安全隐患。
3.传统的超声测厚方法，常采用来自结构未减薄厚度表面与减薄后的厚度表面第一回波的声时差来确定减薄的厚度信息，但超声设备和数据计算等相关因素带来的系统输入误差，会对测厚结果产生一定的影响。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于超声横波探测的高精度测厚方法及装置，激发一次超声横波，同时获得减薄和未减薄厚度处的回波信息，摒弃了系统误差，提高定点测厚精度，从而为结构的安全评估提供最准确的基准数据和评价依据，具有十分重要的意义。
5.本发明的目的是通过以下方案实现的：一种基于超声横波探测的高精度测厚方法，包括步骤：s1，在结构的未减薄厚度位置和发生厚度减薄变化的位置之间的过渡阶梯端点正上方激发一次超声横波；s2，记录来自减薄厚度处第一、第二回波时间分别为，未减薄厚度处第一、第二回波时间分别为；s3，按照如下方式：用来表征减薄的厚度信息；其中，和，将得到的和两个渡越声时作差，从而得到关于减薄厚度的声时数据；其中，表示来自未减薄厚度处第一和第二回波之间的理论真实渡越时间，表示来自减薄厚度处第一和第二回波之间的理论真实渡越时间，表示测量过程中带来的系统误差，表示来自未减薄厚度处第一和第二回波之间的实际渡越时间，表示来自减薄厚度处第一和第二回波之间的实际渡越时间；s4，根据超声横波的波速与温度的标定关系，获得不同温度下超声横波在
结构中的传播速度，再根据公式，从而获得减薄厚度。
6.进一步地，所述结构包括内表面结构。
7.进一步地，所述结构包括石油化工管道内表面结构。
8.一种超声横波测厚装置，包括处理器和存储器，在存储器中存储程序且被处理器加载时执行如上任一项所述方法。
9.本发明的有益效果包括：本发明实施例针对结构内表面发生厚度减薄时的高精度测厚需求，基于超声横波探测提出了一种厚度测量的新方法，此实施例方法对定点测厚具有良好的测量效果。通过设计新的测量方法，摒弃了系统误差，提高定点测厚精度，从而为结构的安全评估提供最准确的基准数据和评价依据就具有十分重要的意义。
10.本发明实施例通过在结构的未减薄厚度位置和发生厚度减薄变化的位置之间的过渡阶梯端点正上方激发一次超声横波，利用来自未减薄厚度表面与减薄后厚度表面的第一、第二回波之间的渡越声时的作差结果来表征减薄厚度信息，在低温和高温环境下都能有效提高测量结果的精度。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
12.图1为结构表面厚度减薄示意图；图2为仿真模型图；图3为两个不同厚度表面的超声回波图；横坐标transit time表示渡越时间，纵坐标displacement in x direction表示质点在x方向的位移；图4为本发明实施例方法与传统方法的平均相对误差对比。
具体实施方式
13.本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含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和/或扩展、替换。
14.下面根据附图1~图4，对本发明解决的技术问题、技术构思、工作原理、工作过程和有益效果作进一步详细、充分地说明。
15.实施例1本发明针对结构内表面发生厚度减薄时的高精度测厚需求，基于超声横波探测提出了一种厚度测量的新方法，此方法对于高温环境下的定点测厚具有良好的测量效果。通过设计新的测量方法，减小系统输入误差，提高定点测厚精度，从而为结构的安全评估提供最准确的基准数据和评价依据具有十分重要的意义。
16.本发明的目的是通过设计新的超声横波测量方法，减小系统输入误差，提高定点测厚精度，从而为结构的安全评估提供最准确的基准数据和评价依据。本发明的目的是通
过以下技术方案实现的：（1）如图2所示，在结构的未减薄厚度位置和发生厚度减薄变化的位置之间的过渡阶梯端点正上方激发一次超声横波，来自两个不同厚度处的超声回波图如图3所示，图3中被画圈的回波信号对测量本身无影响，第一和第二回波时间分别为和。
17.（2）传统方法采用第一回波声时差来表征减薄的厚度信息。本发明方法为：用来表征减薄的厚度信息，将得到的和两个渡越声时作差，达到摒弃系统误差的目的，得到的便是关于减薄厚度的声时数据。其中，表示来自未减薄厚度处第一和第二回波之间的理论真实渡越时间，表示来自减薄厚度处第一和第二回波之间的理论真实渡越时间，表示测量过程中带来的系统误差，表示来自未减薄厚度处第一和第二回波之间的实际（有系统误差）渡越时间，表示来自减薄厚度处第一和第二回波之间的实际（有系统误差）渡越时间。
18.（3）根据超声横波的波速与温度的标定关系，可获得不同温度下超声横波在结构中的传播速度，再根据公式，从而获得减薄厚度。
19.区别于以往采用来自结构未减薄厚度表面与减薄后厚度表面第一回波的声时差来确定减薄的厚度信息的方案，本发明方法通过激发一次超声横波，将得到的两个不同表面的一二回波的渡越声时作差，摒弃了测量过程中的系统误差，在高温和低温环境下都能有效提高超声测厚精度。
20.如图2所示，在comsol多物理场仿真平台中建立总高度为20mm,长度80mm的二维模型，将减薄部分的几何模型设置为长10mm，高度3mm/5mm/6mm的矩形缺陷；分别在25℃/100℃/300℃/500℃均匀温度场下，在结构的未减薄厚度位置和发生厚度减薄变化的位置之间的过渡阶梯端点正上方激发一次超声横波，测量第一和第二回波之间的渡越声时和（如图3所示），得到和的差值，再根据超声波波速与温度之间的关系、便可计算出减薄厚度值。
21.仿真计算结果如下表所示：
传统测厚方法与本发明方法的平均相对误差对比如图4所示，可以看出本发明方法在低温和高温下的测厚相对误差更小，精度更高。
22.本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
23.上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。
24.除以上实例以外，本领域技术人员根据上述公开内容获得启示或利用相关领域的知识或技术进行改动获得其他实施例，各个实施例的特征可以互换或替换，本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。