基于波導(dǎo)技術(shù)的超聲波高溫測厚研究.pdf

1、常規(guī)超聲換能器不能在高溫工件表面上使用的原因有兩點(diǎn),高溫下壓電陶瓷晶片有去極化現(xiàn)象;超聲換能器中不同材料具有不同的熱膨脹系數(shù)導(dǎo)致高溫下?lián)Q能器失效。在本論文中,研制了一種高溫超聲波測厚系統(tǒng),可以隔絕高溫對超聲換能器的影響,使其能正常工作。
　　設(shè)計(jì)的系統(tǒng)通過運(yùn)用波導(dǎo)緩沖技術(shù)將脆弱的超聲換能器和壓電陶瓷元件從高溫環(huán)境中隔絕出來,使其不受高溫的影響。使用橫截面為矩形的片狀不銹鋼波導(dǎo)可以在較短的距離內(nèi)將高溫降到合適的溫度而不需要額外的冷卻

2、裝置。必須要解決的主要問題為當(dāng)波導(dǎo)桿固定在工件表面后發(fā)射的超聲信號能夠進(jìn)入工件并且從工件中傳出后還能被接收到以及超聲信號在波導(dǎo)桿中的傳播。研究發(fā)現(xiàn)運(yùn)用橫波直探頭配合不銹鋼片狀波導(dǎo)可以較好的發(fā)射超聲波信號和接收來自工件中的反射信號。為了使探頭發(fā)射的超聲波能穩(wěn)定地傳入波導(dǎo)且保證能量較強(qiáng),設(shè)計(jì)了固定探頭到波導(dǎo)的機(jī)械夾具。同時為了使從波導(dǎo)中傳出的超聲波能穩(wěn)定、能量損失較小地傳入工件中,采用機(jī)械夾緊干耦合的方法將波導(dǎo)桿固定在工件表面,設(shè)計(jì)了相應(yīng)的

3、機(jī)械夾具。在超聲波測厚時,耦合劑是不可或缺的部分,對不同種類的耦合劑進(jìn)行了比較實(shí)驗(yàn),蜂蜜是最為適合波導(dǎo)測厚裝置的耦合劑。
　　運(yùn)用超聲模擬軟件Wave2000,模擬仿真了波導(dǎo)測厚實(shí)驗(yàn)。結(jié)合模擬仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際測試的結(jié)果,選擇雙波導(dǎo)一發(fā)一收模擬作為高溫測厚裝置信號發(fā)射與接收的方式。在模擬實(shí)驗(yàn)之后進(jìn)行了波導(dǎo)測厚實(shí)驗(yàn),不同厚度鋼板測厚結(jié)果準(zhǔn)確,誤差在0.2mm以內(nèi)。在工件最高溫為400℃下進(jìn)行了高溫超聲測厚實(shí)驗(yàn),所得反射回波信號衰減較小,