能消除幹擾的超聲波徑向換能器的製作方法

2023-07-26 20:22:41 1

專利名稱：能消除幹擾的超聲波徑向換能器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種應用於巖石、巖體、混凝土構築物及水下監測的聲波測試採用的
超聲波換能器，具體來說是一種能消除幹擾信號，實現高信噪比測量的超聲波徑向換能器。
背景技術：
以往的聲波測試，接收信號中迭加了許多幹擾噪聲其中迭加在首波前面的幹擾 噪聲，導致全自動檢測時不能正確判定實測聲時和首波波幅，給數據分析帶來困難，也致使 聲時測量精度降低；迭加在首波後面的幹擾噪聲，雖然尚不多為人提及，但仍造成接收波形 失真，頻譜變化複雜；當檢測到缺陷時，幹擾噪聲可能完全掩蓋了被檢部件的有效信息，給 波形分析判定帶來困難。存在明顯幹擾噪聲的檢測技術，由於檢測結果不穩定，許多檢測人 員對檢測報告的評判缺乏必要的信心，浪費了大量人工整理檢測報告的時間，還可能造成 工程質量隱患，危及自身和社會的根本利益。 造成測量信號信噪比差的原因，當換能器有效發射功率低，接收靈敏度差，自身低 抗電磁幹擾的能力弱的情況下，下列外來幹擾噪聲對檢測信號的影響就更加突出
1.換能器與檢測通道的側壁發生摩擦及碰撞，產生明顯的幹擾噪聲；
2.換能器在拉拔過程中，扶正器與檢測管側壁間出現了跳躍式接觸，引發幹擾噪 聲； 3.換能器拉拔移動時發出的拽水聲； 4.異常地磁、地電、地下水流動等環境產生的幹擾噪聲。 導致聲時和波幅測量精度降低的主要原因如下 1.因幹擾噪聲引致不能準確判定首波到達時，並誤判噪聲波幅為信號波幅；
2.換能器在檢測通道中左右平面晃動，存在聲時修正值t'測量的誤差；
3.換能器在檢測通道中上下豎向振動，收發換能器間存在相對高差變化，而引起 聲距變化造成的測量誤差等。 以往解決測量噪聲的問題的方向，更多的是放在提高檢測儀器的電路結構和性能 上，對換能器直接接收幹擾噪聲的問題認識不足。採用扶正器的目的是為了保證換能器在 聲測管中居中，減少t'測量的誤差，同時保護換能器不與管壁碰撞而損壞換能器。但扶正 器的剛度相對較大，阻礙了換能器在變形的檢測通道中正常移動或通過，所以在大量的工 程質量檢測中，並未廣泛採用扶正器。另外換能器在移動過程中，扶正器與檢測管側壁間出 現了一種跳躍式接觸，引發了幹擾噪聲，同時也加大了換能器在檢測通道中拉拔移動過程 中產生的拽水聲。

發明內容
本發明的目的，是發明一種能直接消除幹擾信號，從根本上實現高信噪比精準測 量的超聲波徑向換能器，其途徑是通過在換能器的非有效發射接收部位的柱體側面上設計 一層纖細而柔軟的毛絨體，利用毛絨體的柔性支承、定位、減晃、防撞和消聲的功能，確保換能器在檢測通道中能自由通過，實現聲波測試無幹擾發射和高保真接收，達到提高工作效 率，科學地、準確地檢測評定工程質量的目的。 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是一種應用於巖石、巖體、混凝土構築 物及水下監測的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於超聲波換能器為柱狀徑向振 動的換能器，換能器的有效發射接收部位1的兩端分別連接上非有效發射接收部位2和下 非有效發射接收部位3，連接導線4接在上非有效發射接收部位2的另一端，在有效發射接 收部位1區域以外的柱體側面上有連成一起的柔軟的短毛線5，通過利用短毛線的柔性支 承、定位、減晃、防撞和消聲的功能，實現聲波測試無幹擾發射和高保真接收的目的。
本發明的特徵在於換能器側面上柔軟的的短毛線5為纖細而柔軟的毛絨基料6， 毛絨基料6如毛絨布、羽絨布及動物皮毛；換能器側面上柔軟的的短毛線5為彎曲模量小的 短線7，短線7如柔軟膠線、柔軟膠條、膠絲。為確保不增大換能器的有效直徑，毛絨基料6 宜安裝在換能器有效發射接收部位1區域以外的柱體的內凹側面上。
本發明的特徵在於還有下列幾種安裝方法及組合方式 1.將毛絨基料6製成毛絨圓管ll，將毛絨圓管11套接在有效發射接收部位1區 域以外的柱體上。 2.將側面帶有毛絨基料6的配重塊8，通過螺接方式安裝在下非有效發射接收部 位3的下方。 3.將毛絨基料6製成一中央帶孔的毛絨邊墊片9，毛絨邊墊片9通過配重塊8或 下錐體10安裝在下非有效發射接收部位3的下方。 4.將彎曲模量小的柔軟膠線、柔軟膠條、膠絲、纖維製成一中央帶孔的軟線邊墊片 12，軟線邊墊片12通過配重塊8或下錐體10安裝在下非有效發射接收部位3的下方。
5.上非有效發射接收部位2柱體的側面上有連成一起的纖細而柔軟的短毛線5或 短線7，毛絨邊墊片9或軟線邊墊片12通過配重塊8或下錐體10安裝在下非有效發射接收 部位3的下方。 6.上非有效發射接收部位2柱體的側面上有連成一起的纖細而柔軟的短毛線5， 橡膠齒輪形扶正器13通過配重塊8或下錐體10安裝在下非有效發射接收部位3的下方。
本發明的特徵在於通過在接收換能器內裝有前置放大器，以提高檢測信號的傳輸質量。 本發明的有益效果是，通過在換能器的非有效發射接收部位的柱體側面上設計一 層纖細而柔軟的短毛線，如毛絨布、羽絨布、動物皮毛，及直徑略大些的短線如內空的柔軟 膠線、柔軟膠條、膠絲、纖維，利用這些毛絨體的柔性支承和緩墊的作用，防止換能器與檢測 通道的側壁間直接發生摩擦及碰撞，消除其發出的幹擾噪聲；換能器側面上的毛絨體能增 加換能器在水中快速移動的阻力，與其柔性支承產生的定位居中的作用相結合，能穩定換 能器，起到減少換能器在檢測通道中左右平面晃動和上下豎向振動的作用，從而消少了聲 時測量的誤差；換能器側面上的毛絨體能改善換能器在孔道移動過程中產生的紊流，消除 並吸收換能器在檢測通道中拉拔移動過程中發出的拽水聲，起到消聲器的作用，從根本上 能實現聲波測試的無幹擾發射和高保真接收的目的，使檢測信號更加穩定可靠，確保主機 能準確地進行全自動檢測和評定，從而達到顯著提高工作效率，確保工程質量的效果。毛絨 體分別安裝在換能器上、下非有效發射接收部位均能取得明顯效果，上、下端同時安裝效果更佳，將其安裝在柱體的內凹側面上，能確保不增大換能器的有效直徑，使換能器在檢測孔 道中自由通過。將側面帶有毛絨基料的配重塊，通過螺接方式安裝在下非有效發射接收部 位的下方，或製成毛絨圓管，將毛絨圓管套接在有效發射接收部位區域以外的柱體上，均是 合適的設計。將毛絨邊墊片、軟線邊墊片安裝下非有效發射接收部位的下方，能起到較佳的 柔性支承、定位、減晃和防撞作用；上非有效發射接收部位柱體的側面上安裝毛絨體，下端 通過下錐體或配重塊固定安裝毛絨邊墊片、軟線邊墊片、橡膠齒輪形扶正器，能使換能器在 檢測孔道中居中的定位效果更佳。接收換能器內裝有前置放大器能明顯提高信號的傳輸質


下面結合附圖和實施例對本發明的結構和實施方法作進一步的說明。
圖1是一種在下非有效發射接收部位的側面上安設短毛線的結構示意圖。
圖2是一種在上非有效發射接收部位的側面上安設短毛線的結構示意圖。
圖3是一種非有效發射接收部位的側面上安設短毛線的結構示意圖。
圖4是一種在換能器上端安裝毛絨圓管的結構示意圖。
圖5是一種在換能器下端安裝設了絨毛的配重塊的結構示意圖。
圖6是毛絨邊或軟線邊墊片的結構示意圖。
圖7是橡膠齒輪形扶正器的結構示意圖。 圖8是在換能器下端安裝毛絨邊或軟線邊墊片的結構示意圖。 圖9是一種在換能器上同時安設絨毛和毛絨邊或軟線邊墊片的結構示意圖。 圖10是一種在換能器上同時安設絨毛和扶正器的結構示意圖。 圖中1.有效發射接收部位，2.上非有效發射接收部位，3.下非有效發射接收部
位，4.連接導線，5.短毛線，6.毛絨基料，7.短線，8.配重塊，9.毛絨邊墊片，IO.下錐體，
11.毛絨圓管，12.軟線邊墊片，13.橡膠齒輪形扶正器。
具體實施方式

實施例1 如附圖1所示，在下非有效發射接收部位3的柱體側面的圓周上，用防水的粘合劑 圍護粘貼一圈帶有纖細而柔軟絨毛的毛絨布6，選用毛絨布的纖維毛長10-20mm，使增加毛 絨層後的換能器纖毛外徑小於或等於檢測通道的內徑，毛絨布圍護高度根據換能器結構的 實際情況適當加寬，以增強緩衝等效果。
實施例2 如附圖2所示，在上非有效發射接收部位2的柱體側面上，用粘合劑圍護粘貼一段 纖細而柔軟的毛絨布6。
其餘同實施例l。
實施例3 如附圖3所示，分別在上、下非有效發射接收部位的柱體側面上各設計一個凹槽， 然後用粘合劑各圍合粘貼一段纖細而柔軟的毛絨布6，使設有絨毛的換能器的有效直徑不 增大。
5
其餘同實施例l。
實施例4 如附圖4所示，將毛絨布縫製成毛絨圓管ll，將毛絨圓管11套接在上非有效發射 接收部位2的柱體的側面上，用粘合劑或螺釘等方法固定。
其餘同實施例l。
實施例5 如附圖5所示，將側面粘貼毛絨布的配重塊8，通過螺接方式安裝在下非有效發射 接收部位3的下方。
其餘同實施例l。
實施例6 如附圖6和附圖8所示，將毛絨布製成一中央帶孔的毛絨邊墊片9，毛絨邊墊片9 通過配重塊8安裝在下非有效發射接收部位3的下方。
其餘同實施例l。
實施例7 如圖6和附圖8所示，將彎曲模量小的膠絲製成一中央帶孔的軟線邊墊片12，軟線 邊墊片12通過下錐體10安裝在下非有效發射接收部位3的下方。
其餘同實施例l。
實施例8 如附圖6和附圖9所示，在上非有效發射接收部位的柱體側面上設計一個凹槽，並
粘貼帶絨毛的免子皮6，用羽絨製成毛絨邊墊片9，通過下錐體10安裝在下非有效發射接收
部位3的下方。 其餘同實施例l。 實施例9 如附圖7和附圖10所示，在上非有效發射接收部位的柱體側面上設計一個凹槽， 並粘貼毛絨布6。換能器下端用橡膠薄片製成外徑小於檢測管直徑的橡膠齒輪形扶正器 13，通過下錐體10安裝在下非有效發射接收部位3的下方。
其餘同實施例l。
權利要求
一種應用於巖石、巖體、混凝土構築物及水下監測的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於超聲波換能器為柱狀徑向振動的換能器，換能器的有效發射接收部位1的兩端分別連接上非有效發射接收部位2和下非有效發射接收部位3，連接導線4接在上非有效發射接收部位2的另一端，在有效發射接收部位1區域以外的柱體側面上有連成一起的柔軟的短毛線5，通過利用短毛線的柔性支承、定位、減晃、防撞和消聲的功能，實現聲波測試無幹擾發射和高保真接收的目的。
2. 如權利要求1所述的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於換能器側面上柔 軟的的短毛線5為纖細而柔軟的毛絨基料6，毛絨基料6如毛絨布、羽絨布及動物皮毛。
3. 如權利要求1所述的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於換能器側面上柔 軟的的短毛線5為彎曲模量小的短線7，短線7如柔軟膠線、柔軟膠條、膠絲、纖維。
4. 如權利要求2所述的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於毛絨基料6安裝 在換能器有效發射接收部位1區域以外的柱體的內凹側面上。
5. 如權利要求2所述的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於將毛絨基料6制 成毛絨圓管ll，將毛絨圓管11套接在有效發射接收部位1區域以外的柱體上。
6. 如權利要求2所述的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於側面帶有毛絨基 料6的配重塊8，安裝在下非有效發射接收部位3的下方。
7. 如權利要求2所述的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於將毛絨基料6制 成一中央帶孔的毛絨邊墊片9，毛絨邊墊片9安裝在下非有效發射接收部位3的下方。
8. 如權利要求3所述的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於將彎曲模量小的 柔軟膠線、柔軟膠條、膠絲、纖維製成一中央帶孔的軟線邊墊片12，軟線邊墊片12安裝在下 非有效發射接收部位3的下方。
9. 如權利要求1至權利要求5所述的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於毛 絨邊墊片9、軟線邊墊片12或扶正器13安裝在下非有效發射接收部位3的下方。
10. 如權利要求1至權利要求8所述的能消除幹擾的超聲波徑向換能器，其特徵在於接 收換能器內裝有前置放大器。
全文摘要
本發明涉及應用於巖石、巖體、混凝土構築物及水下監測的聲波測試採用的超聲波換能器，具體來說是一種能消除幹擾信號，實現高信噪比精準測量的超聲波徑向換能器。其主要特徵是通過在換能器的非有效發射接收部位的柱體側面上設計一層纖細而柔軟的毛絨體，利用毛絨體的柔性支承、定位、減晃、防撞和消聲的功能，從根本上能實現聲波測試的無幹擾發射和高保真接收的目的，使檢測信號更加穩定可靠，確保主機能準確地進行全自動檢測和評定，從而達到顯著提高工作效率，確保工程質量的效果。
文檔編號G01N29/32GK101793874SQ20091003706
公開日2010年8月4日 申請日期2009年2月3日 優先權日2009年2月3日
發明者莊彩霞, 王濤, 陳彥平 申請人:陳彥平