Page 39 - 无损检测2021年第七期

试验研究

DOI : 10.11973 / ws j c202107001

超声固体测温中波速与温度的相关性试验

张 锐 , 石友安 , 魏 东 , 朱目成 1
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( 1. 西南科技大学 制造科学与工程学院, 绵阳 621000 ; 2. 中国空气动力研究与发展中心, 绵阳 621000 )
摘 要:波速与温度的相关性是超声固体测温的前提和基础, 由于超声在固体介质中的波形

复杂, 其传播特性也很复杂, 且尚未给出温度变化时波速与温度的理论公式, 这在极大程度上限制
了超声固体测温的精度和适用范围。理论分析了超声固体测温中声时的温度灵敏度, 搭建了基于
声时检测的超声固体测温原理性试验平台, 在此基础上开展了波速与温度的相关性试验研究, 得到
了横波波速与温度的函数关系式及其影响规律, 为高温条件下超声固体测温提供了依据。
关键词:高温; 超声测温; 声时检测; 横波波速

中图分类号: TB559 ; TG115.28 文献标志码: A 文章编号: 1000-6656 ( 2021 ) 07-0001-04

Ex p erimentonthecorrelationbetweenwavevelocit y andtem p eraturein

ultrasonicsolidtem p eraturemeasurement

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,
ZHANGRui , SHIYouan , WEIDon g ZHU Muchen g 1

( 1.SchoolofManufacturin gScienceandEn g ineerin g , SouthwestUniversit yofScienceandTechnolo gy ,

Mian y an g621000 , China ; 2.ChinaAerod y namicsResearchandDevelo p mentCenter , Mian y an g621000 , China )

Abstract : Thecorrelationbetween wavevelocit yandtem p eratureisthep remiseandfoundationofultrasonic

solidtem p erature measurement. Due to the com p lex waveform in solid medium , the wave p ro p a g ation

characteristics are also ver y com p lex , and thetheoreticalformula of wave velocit y and tem p erature when

tem p eraturechan g eshasnotbeeng iven , whichg reatl y limitstheaccurac yanda pp licationran g eofultrasonicsolid

tem p eraturemeasurement.Therefore , thetem p eraturesensitivit yofultrasonicsolidtem p eraturemeasurementis

theoreticall yanal y zed , andatheoreticalex p erimental p latformofultrasonicsolidtem p eraturemeasurementbasedon

acoustictimemeasurementisbuilt.Onthisbasis , theex p erimentalstud yonthecorrelationbetweenwavevelocit y

andtem p eratureiscarriedout , andtherelationshi pbetweenshearwavevelocit yandtem p eratureanditsinfluence

lawareobtained.It p rovidesabasisforultrasonicsolidtem p eraturemeasurementathi g htem p erature.

Ke ywords : hi g htem p erature ; ultrasonicthermometr y ; acoustictimemeasurement ; shearwavevelocit y
超声固体测温是一种可实现结构内部温度实时 为也比较复杂。目前, 国内外关于波速与温度的关
分布的无损检测技术, 其检测原理是基于超声波传 系式大多是通过检测得到的, 且大多数是基于超声
播速度与温度的相关性, 通过对超声传播时间( 简称 测厚或超声检测设备开展研究的 [ 1-2 ] , 声时检测精度

声时) 的检测, 经换算得到波速, 再根据相关性获得 多为微秒级, 无法获得1℃ 引起的声时变化, 且现有
介质的温度。超声在固体介质中传播时存在多种传 研究结果重复性不好。这些都在很大程度上限制了
播波形( 如纵波、 横波、 兰姆波、 瑞利波等), 其传播行 超声固体测温的精度和适用范围。
文章分析了超声固体测温中声时的温度灵敏度,
在现有超声检测设备的基础上, 采用电磁超声检测技
术, 搭建了基于声时检测的超声固体测温原理性试验
收稿日期: 2020-10-10
基金项目: 国家自然科学基金项目( 11402285 )
平台, 针对典型均匀材料开展了超声横波波速与温度
作者简介: 张 锐( 1988- ), 男, 硕士研究生, 主要研究方向为超
的相关性表征试验, 对其影响因素及规律进行了分
声波测温技术
通信作者: 朱目成, zhumuchen g @swust.edu.cn 析, 为高温条件下超声波固体测温提供了依据。
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2021 年 第 43 卷 第 7 期
无损检测