瓷絕緣子用小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)入射角及延時(shí)測(cè)量法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種瓷絕緣子用小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)入射角及延時(shí)的測(cè)量方法。其步驟為：一、選擇一橫波直探頭作為基準(zhǔn)探頭；二、制作橫波直探頭專用試塊；三、利用橫波直探頭專用試塊測(cè)量基準(zhǔn)橫波直探頭的入射點(diǎn)和延時(shí)；四、制作小角度縱波斜探頭專用試塊；五、利用橫波直探頭專用試塊測(cè)量基準(zhǔn)橫波直探頭的入射點(diǎn)和延時(shí)。本發(fā)明可方便、快速、準(zhǔn)確的測(cè)量小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)、延時(shí)及縱波入射角，且系統(tǒng)誤差小于5%；將測(cè)量的精確數(shù)據(jù)輸入數(shù)字式超聲波探傷儀中，可實(shí)現(xiàn)缺陷的精確定位。
【專利說明】瓷絕緣子用小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)入射角及延時(shí)測(cè)量法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種瓷絕緣子用小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)、延時(shí)及入射角的測(cè)量方法。

【背景技術(shù)】
[0002]超聲波小角度縱波檢測(cè)法檢測(cè)電網(wǎng)在役支柱瓷絕緣子及瓷套支柱得到了廣泛的應(yīng)用。利用縱波入射角3在3.8°?5.67°的小角度縱波斜探頭可檢測(cè)深埋在法蘭內(nèi)瓷體內(nèi)部的缺陷，并且對(duì)危險(xiǎn)區(qū)域的掃查覆蓋面積遠(yuǎn)大于橫波斜探頭和直探頭。而要實(shí)現(xiàn)缺陷的精確定位，必須精確測(cè)量小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)、延時(shí)及入射角。小角度縱波斜探頭因其入射角S太小，最高波幅游動(dòng)范圍太窄，且在鋼中的折射縱橫波同時(shí)存在，無法像普通橫波探頭一樣，在CSK-1 A試塊上通過找到圓弧面最高回波快捷準(zhǔn)確的測(cè)得前沿及延時(shí)；目前測(cè)量探頭入射點(diǎn)的方法為棱角反射法，這種方法可快速粗略的測(cè)量入射點(diǎn)，但人為因素及手法影響較大，且無法同時(shí)測(cè)量延時(shí)及縱波入射角。因此，有必要開發(fā)一種方法及試塊，可方便、快速、準(zhǔn)確的測(cè)量小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)、延時(shí)及縱波入射角。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種瓷絕緣子用小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)、延時(shí)及入射角的測(cè)量新方法。
[0004]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明瓷絕緣子用小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)入射角及延時(shí)的測(cè)量方法
一、選擇一橫波直探頭作為基準(zhǔn)探頭；
二、制作橫波直探頭專用試塊，其上部分:材質(zhì)為有機(jī)玻璃的傾斜角α為14.3°?26.8°的直角三角形有機(jī)玻璃塊；其下部分:材質(zhì)為鋼的形狀為矩形和1/4圓形的組合呈船形鋼塊，有機(jī)玻璃塊和鋼塊之間采用極薄的鋁箔或銅箔或水楊酸苯脂等作為橫波耦合劑緊密貼合，使得超聲波橫波可以透過有機(jī)玻璃和鋼結(jié)合面；有機(jī)玻璃的傾斜角α滿足橫波直探頭在鋼中廣生純橫波；
三、利用橫波直探頭專用試塊測(cè)量基準(zhǔn)橫波直探頭的入射點(diǎn)和延時(shí)；測(cè)試時(shí)將超聲波檢測(cè)儀調(diào)整為單探頭模式，在有機(jī)玻璃塊斜面上移動(dòng)橫波直探頭，直至找到最高回波，利用聲波傳輸路徑幾何關(guān)系及超聲波探傷儀記錄的總時(shí)間求出被測(cè)小角度橫波直探頭的前沿、延時(shí)及橫波入射角。
[0005]四、制作小角度縱波斜探頭專用試塊，其上部分:材質(zhì)為有機(jī)玻璃的傾斜角α，為23.8°?52.03°的直角三角形有機(jī)玻璃塊；其下部分:材質(zhì)為鋼的形狀呈船形即矩形和1/4圓形的組合的鋼塊，有機(jī)玻璃塊和鋼塊之間采用極薄的耦合劑緊密貼合，使得超聲波縱波可以透過有機(jī)玻璃和鋼結(jié)合面；有機(jī)玻璃的傾斜角α'滿足被測(cè)小角度縱波斜探頭在鋼中廣生純橫波；
五、利用橫波直探頭專用試塊測(cè)量基準(zhǔn)橫波直探頭的入射點(diǎn)和延時(shí):先將超聲波檢測(cè)儀調(diào)整至單探頭模式，在有機(jī)玻璃斜面上前后移動(dòng)找出被測(cè)小角度縱波斜探頭接收回波最高位置后保持不動(dòng)，再將超聲波儀器調(diào)節(jié)至雙探頭模式，將被測(cè)小角度縱波斜探頭作為發(fā)射探頭，基準(zhǔn)橫波直探頭作為接收探頭，基準(zhǔn)橫波直探頭在專用試塊圓弧處移動(dòng)探頭，直至找出最高波幅的位置；利用聲波傳輸路徑幾何關(guān)系及超聲波探傷儀記錄的總時(shí)間求出被測(cè)小角度縱波斜探頭的前沿、延時(shí)及縱波入射角。
[0006]本發(fā)明的有益效果為:
利用本發(fā)明方法能夠克服小角度縱波斜探頭因入射角S太小，最高波幅游動(dòng)范圍太窄，且在鋼中的折射縱橫波同時(shí)存在，無法在CSK-1 A試塊上直接通過找到圓弧面最高回波準(zhǔn)確的測(cè)量前沿及延時(shí)的缺點(diǎn)，可方便、快速、準(zhǔn)確的測(cè)量小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)、延時(shí)及縱波入射角，且系統(tǒng)誤差小于5% ;將測(cè)量的精確數(shù)據(jù)輸入數(shù)字式超聲波探傷儀中，可實(shí)現(xiàn)缺陷的精確定位。避免了傳統(tǒng)棱角反射法測(cè)量數(shù)據(jù)的誤差較大和重復(fù)性不好等缺點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中所述橫波直探頭專用試塊結(jié)構(gòu)及使用示意圖；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中所述小角度縱波斜探頭專用試塊結(jié)構(gòu)及使用示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0008]本發(fā)明一種瓷絕緣子用小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)、延時(shí)及入射角的測(cè)量方法，其步驟如下(見附圖1、2)
(I)測(cè)量基準(zhǔn)橫波直探頭的入射點(diǎn)和延時(shí):
選擇一橫波直探頭作為基準(zhǔn)橫波探頭I。然后制作橫波直探頭專用試塊，其上部分:材質(zhì)為有機(jī)玻璃的一定尺寸、一定傾斜角的直角三角形機(jī)玻璃塊2，其下部分:材質(zhì)為鋼塊3的船形(矩形和1/4圓形的組合)，有機(jī)玻璃塊2和鋼塊3之間采用極薄的鋁箔，銅箔或水楊酸苯脂等作為橫波耦合劑5緊密貼合，使得超聲波橫波可以透過有機(jī)玻璃和鋼結(jié)合面；其直有機(jī)玻璃的傾斜角α滿足基準(zhǔn)橫波直探頭I在鋼中產(chǎn)生純橫波。
[0009]α:有機(jī)玻璃傾斜角，橫波直探頭在鋼界面的入射角。
[0010]α 1:橫波直探頭第一臨界角，此時(shí)橫波直探頭在鋼中的縱波折射角β L為90°。鋼中為純橫波。
[0011]α2:橫波直探頭第二臨界角，此時(shí)橫波直探頭在鋼中的橫波折射角β S為90°。入射橫波在鋼的界面上全反射，無折射。
[0012]β:鋼中折射角。
[0013]β ^鋼中縱波折射角。
[0014]鋼中橫波折射角。
[0015]CL1:有機(jī)玻璃的縱波聲速(2730m/s)。
[0016]CS1:有機(jī)玻璃的橫波聲速(1460m/s)。
[0017]CL2:鋼的縱波聲速(5900m/s)。
[0018]CS2:鋼的橫波聲速(3230m/s)。
[0019]ο:橫波直探頭晶片中心。
[0020]O:船型試塊圓心。
[0021]根據(jù)斯涅耳定理，當(dāng)α處于第一臨界角Ci1與第二臨界角α 2之間時(shí)，
橫波直探頭在鋼中只存在折射橫波。
[0022]為滿足上述要求,橫波直探頭專用試塊的有機(jī)玻璃傾斜角度α范圍為:
第一臨界角α I:
Sin a !/Csi=Sin β L2/CL2=sin β S2/CS2
令 β L2=90°
α 1=14.3。
此時(shí) PS2=33.1°
第二臨界角α2:
Sin a 2/Csl=Sin β S2/CS2
令 β 82=90°
α2=26.8。
因此，為使橫波直探頭在鋼中折射的只有純橫波，消除縱波影響，有機(jī)玻璃斜度α范圍:14.3°?26.8°。此時(shí)鋼中折射橫波的傾斜角i3s范圍為:33.1° -90°。
[0023]為使數(shù)值測(cè)量精確，減少誤差且易操作，取鋼中折射橫波的傾斜角Ps=45°。
[0024]則此時(shí)對(duì)應(yīng)的有機(jī)玻璃斜度α =18.6°。
[0025]因此橫波直探頭專用試塊的制作尺寸如下:
有機(jī)玻璃的傾斜角α=18.6° ；
有機(jī)玻璃和鋼的厚度T=20mm ；
AC=400mm, OC=OD=10mm,則:
AB=AC/cos a =422mm ；
BC=tanα XAC=134.6mm ;
A0=300mm ;
Ay=AOX cos a =284.3mm ;
yB=AB-Ay=137.7mm ；
yO=Sina XA0=95.7mm ;
測(cè)試時(shí)將超聲波檢測(cè)儀調(diào)整為單探頭模式，在AB斜面上移動(dòng)橫波直探頭，直至找到最高回波，此時(shí)超聲波沿著o-y-0-D~D-0-y-o路徑傳播，測(cè)量探頭前端部z至B的距離zB。則入射點(diǎn)y距離探頭前端z的距離yz=yB-zB=137.7_zB (mm)。
[0026]基準(zhǔn)橫波直探頭I入射點(diǎn)位置測(cè)試完畢。
[0027]在超聲檢測(cè)儀上可查出總傳播時(shí)間T，則超聲波在基準(zhǔn)橫波直探頭內(nèi)的傳輸時(shí)間:
tJZ=T-2 (丫0/(；1+00/(；2)，1'、70、00、(；1、(；2均已知，可求出 tjz。
[0028]基準(zhǔn)橫波直探頭延時(shí)測(cè)試完畢。
[0029](2)測(cè)量小角度縱波斜探頭探頭的入射點(diǎn)、延時(shí)和縱波入射角:
制作小角度縱波斜探頭專用試塊，其上部分為一定尺寸、一定傾斜角的直角三角形有機(jī)玻璃塊a3，其下部分為半圓形鋼塊a4，中間采用甘油等耦合劑a5緊密貼合，使得超聲波縱波可以透過有機(jī)玻璃和鋼結(jié)合面；其直角三角形的有機(jī)玻璃傾斜角a'滿足被測(cè)小角度縱波斜探頭a2在鋼中產(chǎn)生純橫波。
[0030]a':有機(jī)玻璃傾斜角。
[0031]δ:小角度縱波斜探頭在有機(jī)玻璃界面的入射角，其瓷絕緣子檢測(cè)使用的范圍為δ =3.8° ?5.67°。
[0032]Θ:小角度縱波斜探頭在鋼界面的入射角，θ=α ' +δ。
[0033]Θ 1:小角度縱波斜探頭第一臨界角，此時(shí)小角度縱波斜探頭在鋼中的縱波折射角β ' L為90°。鋼中為純橫波。
[0034]Θ 2:小角度縱波斜探頭第二臨界角，此時(shí)小角度縱波斜探頭鋼中的橫波折射角β' 3為90°。入射縱波在鋼的界面上全反射，無折射。
[0035]β':鋼中折射角。
[0036]β' l:鋼中縱波折射角。
[0037]β' s:鋼中橫波折射角。
[0038]CL1:有機(jī)玻璃的縱波聲速(2730m/s)。
[0039]CS1:有機(jī)玻璃的橫波聲速(1460m/s)。
[0040]CL2:鋼的縱波聲速(5900m/s)。
[0041]CS2:鋼的橫波聲速(3230m/s)。
[0042]ο1:小角度縱波斜探頭晶片中心。
[0043]O':船型試塊圓心。
[0044]根據(jù)斯涅耳定理，當(dāng)Θ處于第一臨界角Q1與第二臨界角Θ 2之間時(shí)，
小角度縱波斜探頭在鋼中只存在折射橫波。
[0045]為滿足上述要求，小角度縱波斜探頭在鋼界面的入射角Θ的范圍為:
第一臨界角θ1:
Sin Θ JZCu=Sin β ' L/CL2=sin β ' S/CS2
令 β ' l=90。
θ 1=27.6。
此時(shí) β ' s=33.2°
第二臨界角θ2:
Sin Θ 2/Csl=Sin β ' S2/CS2
令 β ' S2=QO0
θ 2=57.7。
因此，為使小角度縱波斜探頭在鋼中折射的只有純橫波，消除縱波影響，小角度縱波斜探頭在鋼界面的入射角Θ的范圍:27.6°?57.7°。因θ=α ' +δ , δ=3.8°?5.67°，因此專用試塊的有機(jī)玻璃傾斜角度a'范圍為:α' =θ-δ =23.8。?52.03°
此時(shí)鋼中折射橫波的傾斜角β ' s范圍為:33.2° -90°。
[0046]為使數(shù)值測(cè)量精確，減少誤差且易操作，取鋼中折射橫波的傾斜角β' s=45°。
[0047]則此時(shí)對(duì)應(yīng)的小角度縱波斜探頭在鋼界面的入射角θ=36.7°
對(duì)應(yīng)的有機(jī)玻璃斜度a ' =θ-δ =36.V - δ。
[0048]取δ= (3.8。+5.67° )/2=4.7。，則 a' =32。。
[0049]因此小角度縱波斜探頭專用試塊的制作尺寸如下:
有機(jī)玻璃的傾斜角a ' =32° ；Zk' y' O' =90° +δ 有機(jī)玻璃和鋼的厚度T' =20mm；
A' C' =400111111,0' C' =0' y=100mm，則:
A' B' =A' C' /cosa' =471.7mm ；
B' C' =tana' XA' C' =250mm ；
A' 0' =300mm ；
測(cè)試時(shí)先將超聲波檢測(cè)儀調(diào)整為單探頭模式，在A' B'斜面上移動(dòng)被測(cè)小角度縱波斜探頭，直至找到最高回波后探頭位置保持不動(dòng)。此時(shí)超聲波沿著ο, -y, -ο, -D' ~D' -ο, -y, -ο,路徑傳播，但D'位置無法確定；再將超聲波儀器調(diào)節(jié)至雙探頭模式，被測(cè)小角度縱波斜探頭作為發(fā)射探頭，基準(zhǔn)橫波直探頭作為接收探頭，基準(zhǔn)橫波直探頭與鋼之間涂抹水楊酸苯脂作為耦合劑，在專用試塊圓弧處在45°附近移動(dòng)基準(zhǔn)橫波直探頭，直至找出最高波幅的位置。此時(shí)超聲波沿著o' -y' -O' -y-o路徑傳播，y點(diǎn)的位置即為D'的位置。連接基準(zhǔn)橫波直探頭入射點(diǎn)y與船型試塊圓心的直線oyO'，測(cè)量此時(shí)鋼中折射橫波傾斜角β / S。
[0050]Sin Θ /Cu=Sin β ' s/CS2
可計(jì)算出此時(shí)小角度縱波斜探頭在鋼界面的入射角θ，δ = θ-α'，可求出δ。
[0051]被測(cè)小角度縱波斜探頭入射角δ測(cè)定完畢。
[0052]則ZA'γ' O' =90。+δ，可知；
Z γ' O' K' =180。-a ' -Zk' γ' O' =180。-32。-90。-δ=58。- δ，也可知。
[0053]在Ay' O' A1中，利用正弦定理:
K' y' /sin Zy' O' K' =A1 O' /sin Z K' y' O'
則 V y'可知；f Bi =A1 B1-A1 y' =471.7-A, y'，也可知。
[0054]測(cè)量探頭前端部z'至B'的距離Z' B'。
[0055]則入射點(diǎn)y'距離探頭前端Z'的距離y' z' =y' B' -z' B' (mm)。
[0056]被測(cè)小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)位置測(cè)試完畢。
[0057]在超聲檢測(cè)儀上可查出雙探頭模式下總的傳播時(shí)間T'，則雙探頭模式下超聲波在被測(cè)小角度縱波斜探頭內(nèi)的傳輸時(shí)間Txjd:
Txjd=T' - Cyr O' /Csl+0/ y/CS2+tjz/2), T'、y' O'、0' y、tjz、CS1、CS2均已知,可求出 Txjd。
[0058]單探頭模式下，被測(cè)小角度縱波斜探頭內(nèi)的傳輸時(shí)間^d=ZTxjd 被測(cè)小角度縱波斜探頭延時(shí)測(cè)試完畢。
【權(quán)利要求】
1.瓷絕緣子用小角度縱波斜探頭入射點(diǎn)入射角及延時(shí)的測(cè)量方法，其特征在于該方法的步驟如下: (一)、選擇一橫波直探頭作為基準(zhǔn)探頭； (二)、制作橫波直探頭專用試塊，其上部分:材質(zhì)為有機(jī)玻璃的傾斜角α為14.3°?.26.8°的直角三角形有機(jī)玻璃塊；其下部分:材質(zhì)為鋼的形狀為矩形和1/4圓形的組合呈船形鋼塊，有機(jī)玻璃塊和鋼塊之間采用極薄的鋁箔或銅箔或水楊酸苯脂等作為橫波耦合劑緊密貼合，使得超聲波橫波可以透過有機(jī)玻璃和鋼結(jié)合面；有機(jī)玻璃的傾斜角α滿足橫波直探頭在鋼中廣生純橫波； (三)、利用橫波直探頭專用試塊測(cè)量基準(zhǔn)橫波直探頭的入射點(diǎn)和延時(shí)；測(cè)試時(shí)將超聲波檢測(cè)儀調(diào)整為單探頭模式，在有機(jī)玻璃塊斜面上移動(dòng)橫波直探頭，直至找到最高回波，利用聲波傳輸路徑幾何關(guān)系及超聲波探傷儀記錄的總時(shí)間求出被測(cè)小角度橫波直探頭的前沿、延時(shí)及橫波入射角； (四)、制作小角度縱波斜探頭專用試塊，其上部分:材質(zhì)為有機(jī)玻璃的傾斜角α'為.23.8°?52.03°的直角三角形有機(jī)玻璃塊；其下部分:材質(zhì)為鋼的形狀呈船形即矩形和1/4圓形的組合的鋼塊，有機(jī)玻璃塊和鋼塊之間采用極薄的耦合劑緊密貼合，使得超聲波縱波可以透過有機(jī)玻璃和鋼結(jié)合面；有機(jī)玻璃的傾斜角α'滿足被測(cè)小角度縱波斜探頭在鋼中產(chǎn)生純橫波； (五)、利用橫波直探頭專用試塊測(cè)量基準(zhǔn)橫波直探頭的入射點(diǎn)和延時(shí):先將超聲波檢測(cè)儀調(diào)整至單探頭模式，在有機(jī)玻璃斜面上前后移動(dòng)找出被測(cè)小角度縱波斜探頭接收回波最高位置后保持不動(dòng)，再將超聲波儀器調(diào)節(jié)至雙探頭模式，將被測(cè)小角度縱波斜探頭作為發(fā)射探頭，基準(zhǔn)橫波直探頭作為接收探頭，基準(zhǔn)橫波直探頭在專用試塊圓弧處移動(dòng)探頭，直至找出最高波幅的位置；利用聲波傳輸路徑幾何關(guān)系及超聲波探傷儀記錄的總時(shí)間求出被測(cè)小角度縱波斜探頭的前沿、延時(shí)及縱波入射角。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK104458912SQ201410781133
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月17日
【發(fā)明者】李中偉, 楊宏偉, 王冬超, 劉云, 劉釗, 郭振新 申請(qǐng)人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院