专利名称：螺栓轴力超声测量用横波换能器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电学机电传感器类。
螺栓轴力的无损检测，无论是对螺栓联接的设计、加工，还是对被联接结构整体进行可靠性评价都是十分必要的。近几年来，某些重要工程检测螺栓轴力使用的是纵波换能器。这种纵波换能器主要有高频插座、探头座、背衬、压电振子和保护层组成。背衬、压电振子和保护层三者可通过环氧树脂粘接，填充固化在探头座上。用这种换能器检测时，应用的是超声波纵波测量技术。但应用此技术检测螺栓轴力，需要预先知道螺栓受力前的原始长度，这对大多数工程问题是不现实的。而更有实际应用价值的超声波纵横波联合检测技术仍未推广到工程现场的螺栓轴力测量，其主要困难在于横波测量影响因素多，除了横波换能器的声学性能直接影响到测量精度外，换能器的放置位置，偏振方向以及耦合压力的大小都影响到测量的重复性。目前，国内外均未见能有效地克服上述困难的便于现场应用的横波换能器。
本实用新型的目的是针对螺栓轴力纵横波联合检测技术的要求提供一种新型的超声横波换能器，它不仅要有良好的声学性能，而且要能灵活方便地装夹固定在试件螺栓的头部，能有效地克服上述横波测量的困难。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到本实用新型包括发射兼接收横波的探头和装夹定位装置。探头由高频插座、探头座、背衬、压电振子和保护层组成，探头还设置有偏振旋钮，该旋钮利用高频插座的螺纹固定在探头座上。装夹定位装置由螺纹接圈、固定轴套、压簧、锥销和施力轴套组成。在固定轴套上开有含有挂口的换档滑槽。固定轴套与螺纹接圈之间利用螺纹连接，与施力轴套及探头座之间均为动配合，锥销的一端固定在施力轴套上，另一端可在换档滑槽中滑动，压簧位于探头座的轴肩和施力轴套的内端面之间。
上述保护层的平面最好高出固定轴套的内端面。压电振子可选用钛酸铅陶瓷切割成直径为8～16mm，厚度范围为0.5～2mm的园片。
上述探头与装夹装置设计成一体，它们通过弹簧浮动关联。
根据同样原理，可设计出另一种具体结构的横波换能器。本实用新型的目的可以通过以下措施来达到本实用新型包括发射兼接收横波的探头和装夹定位装置。探头由高频插座、探头座、背衬、压电振子和保护层组成，探头还设置有偏振旋钮，该旋钮利用高频插座的螺纹固定在探头座上。装夹定位装置由螺纹接圈、固定轴套、压簧和施力轴套组成。固定轴套与螺纹接圈及施力轴套之间均采用螺纹连接，与探头座之间为动配合，压簧位于探头座的轴肩和施力轴套的内端面之间。
上述保护层的平面最好高出固定轴套的内端面。压电振子可选用钛酸铅陶瓷切割成直径为8～16mm，厚度范围为0.5～2mm的园片。
上述探头与装夹装置设计成一体，它们通过弹簧浮动关联。
本实用新型的优点在于1.探头与装夹装置组合成一体，结构紧凑，外型美观，现场使用方便。
2.测量数据可靠，重复性好。
3.能灵活地改变横波偏振方向。
4.可适用不同规格螺栓的轴力测量。
5.探头信噪比好，灵敏度高，横波模式纯。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型第一个实施例的结构简图。
图2为第一个实施例中换档滑槽的局部结构简图。
图3为本实用新型另一个实施例的结构简图。
图4为第一个实施例的使用示意图。
其中，(1)是螺纹接圈，(2)是固定轴套，(3)是压簧，(4)是锥销，(5)是偏振旋钮，(6)是高频插座，(7)是垫圈，(8)是施力轴套，(9)是探头座，(10)是背衬，(11)是压电振子，(12)是保护层，(13)是屏蔽线，(14)是超声测时系统，(15)是试件螺栓。
工程中的螺栓联接，通常如图4所示，螺栓(15)的头部要露出2～3扣，本实用新型利用了这一特点，在螺纹接圈(1)上加工有内螺纹，安装时，把螺纹接圈(1)连同固定轴套(2)拧紧在螺栓(15)的头部，直到固定轴套(2)的内端面顶住螺栓(15)的端面为此。又因换能器整体为轴对称结构，所以拧紧的固定轴套(2)同时起着探头的定位作用，保证了探头始终位于螺栓(15)端面的中心。
如上所述，在拧紧固定轴套(2)时，由于探头保护层(12)的平面设计成高出固定轴套(2)的内端面，故在拧紧过程中，螺栓(15)的端面将迫使探头后缩，直到螺栓(15)的端面顶住固定轴套(2)的内端面为止。此时，被压缩的压簧(3)贡献一耦合压力反作用于探头座(9)的轴肩，使探头的端面和螺栓(15)的端面紧贴在一起。这一耦合压力的大小与压簧(3)的压缩量成正比。所以，适当调节压缩量可达到改变耦合压力的目的。为此，在本实用新型的第一个实施例中，推进施力轴套(8)，使锥销(4)挂在换档滑槽(13)的不同挂口上即可。如设有三档挂口，可得到三种不同大小的稳定耦合压力。在本实用新型的另一个实施例中，则是利用施力轴套(8)和固定轴套(2)之间螺纹的旋进和旋出来控制弹簧(3)的压缩量，进而调节探头的耦合压力。
实际螺栓(15)的端面通常不一定与螺栓(15)的轴线垂直，本实用新型对探头的轴线用压簧(3)给予弹性支持，使探头能随时适应螺栓(15)的端面与轴线不垂直的实际情况，从而保证了耦合面的均匀接触。
用横波换能器测量螺栓的传播时间时，往往因探头的偏振方向不同所测值也不同。通常采取测量四个偏振方向，再取平均值的方法。为此，本实用新型在探头座(9)的尾部设置了偏振旋钮(5)，旋转偏振旋钮(5)可方便地进行任意偏振方向的测量。
工程实际中，测试螺栓(15)的规格千变万化，为适应不同规格的测试对象，本实用新型设计成可更换螺纹接圈(1)的结构，对于不同公称直径和螺距的螺栓(15)，只需更换相应的螺纹接圈(1)即可。
图1所示结构的横波换能器使用时1.用屏蔽线(13)接通换能器的高频插座(6)和超声测时系统(14)；2.在螺栓(15)的端面上涂上耦合剂，并将换能器拧紧在螺栓(15)的头部；3.推进施力轴套(8)，稍作旋转使锥销(4)挂在滑槽(13)的合适挂口上；4.旋转偏振旋钮(15)，测取几个不同偏振方向的传播时间，取其平均值；5.用所得的横波传播时间结合纵波传播时间算出螺栓(15)中的轴力。
权利要求1.一种螺栓轴力超声测量用换能器，它包括发射兼接收横波的探头，该探头由高频插座、探头座、背衬、压电振子和保护层组成，本实用新型的特征在于a.上述探头还设有偏振旋钮(5)，此旋钮(5)利用高频插座(6)的螺纹固定在探头座(9)上；b.它还包括装夹定位装置，该装置由螺纹接圈(1)、固定轴套(2)、压簧(3)、锥销(4)和施力轴套(8)组成，在固定轴套(2)上开有含有挂口的换档滑槽(13)，固定轴套(2)与螺纹接圈(1)之间利用螺纹连接，与施力轴套(8)及探头座(9)之间均为动配合，锥销(4)的一端固定在施力轴套(8)上，另一端可在换档滑槽(13)中滑动，压簧(3)位于探头座(9)的轴肩和施力轴套(8)的内端面之间。
2.根据权利要求1所述的换能器，其特征在于保护层(12)的平面高出固定轴套(2)的内端面。
3.根据权利要求1、2所述的换能器，其特征在于上述压电振子(11)可选用钛酸铅陶瓷切割成直径范围为8～16mm，厚度范围为0.5～2mm的园片。
4.一种螺栓轴力超声测量用换能器，它包括发射兼接收横波的探头，该探头由高频插座、探头座、背衬、压电振子和保护层组成，本实用新型的特征在于a.上述探头还设有偏振旋钮(5)，此旋钮(5)利用高频插座(6)的螺纹固定在探头座(9)上；b.它还包括装夹定位装置，该装置由螺纹接圈(1)、固定轴套(2)、压簧(3)和施力轴套(8)组成，固定轴套(2)与螺纹接圈(1)及施力轴套(8)之间均采用螺纹连接，与探头座(9)之间为动配合，压簧(3)位于探头座(9)的轴肩和施力轴套(8)的内端面之间。
5.根据权利要求4所述的换能器，其特征在于保护层(12)的平面高出固定轴套(2)的内端面。
6.根据权利要求4、5所述的换能器，其特征在于上述压电振子(11)可选用钛酸铅陶瓷切割成直径为8～16mm，厚度范围为0.5～2mm的园片。
专利摘要本实用新型提供了一种用于螺栓轴力无损检测的超声横波换能器，它由探头和装夹装置两部分组成。探头部分的压电振子选用钛酸铅材料，并经合理设计而成。装夹装置利用测试螺栓的外露螺纹部分固定和定位，利用弹簧的弹性压缩来提供和稳定不同的耦合压力，并保证耦合面的均匀接触，可通过改换螺纹接圈来适应不同规格的试件螺栓。本换能器探头部分声学性能优良，装夹定位部分结构紧凑，整体测量重复性好，便于现场检测。
文档编号G01N29/00GK2088254SQ9120401
公开日1991年11月6日 申请日期1991年3月16日 优先权日1991年3月16日
发明者石建中, 吴克成 申请人:华中理工大学