专利名称：换能器设备和用于组装换能器设备的方法
技术领域：
本文中公开的主题涉及滚筒换能器(roller transducer),并且特别地涉及用于滚筒换能器设备的重量减小装置。
背景技术：
滚筒换能器，并且具体而言超声滚筒换能器，可以用于提供将被检查裂纹或退化的部件或零件的图像。对于超声滚筒换能器，该设备的圆柱形旋转部分常常填充有流体，例如水，其中，流体使得从设备内的换能器单元到正检测的部件的超声信号的通信成为可能。在很多情况下，滚筒换能器是手持设备，使用者人工地滚动该设备而产生部件的图像。由于设备的重量和重复的滚动运动，设备的人工移动可能导致使用者疲劳和减小的产率
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种换能器设备，其包括中心区段、设置在中心区段中的换能器以及安装至中心区段用于相对旋转的管状部件，换能器配置成发送或接收信号，其中，流体设置在管状部件中。该设备还包括设置在管状部件内部而占据管状部件内的体积的重量减小装置，其中，重量减小装置配置成提供经由流体从换能器到管状部件的传输路径。根据本发明的另一方面，提供了用于组装换能器设备的方法，其中，该方法包括形成具有第一密度的重量减小装置；将重量减小装置设置在换能器设备的中心区段上；以及将管状部件设置在重量减小装置周围。该方法还包括将流体设置在管状部件内，其中，流体具有比第一密度更大的第二密度。根据下面结合了附图的描述，这些和其它的优点及特征将变得更加显而易见。


作为说明书的结论，在权利要求中特别地指出并明确地主张了视为本发明的主题。根据下面结合了附图的详细描述，本发明的前述和其它的特征及优点是显而易见的，在附图中
图I是示例性的滚筒换能器设备的侧视 图2是大致沿着图I中的线2-2截取的示例性的滚筒换能器设备的截面侧视图；以及 图3是大致沿着图I中的线3-3截取的示例性的滚筒换能器设备的截面端视图。详细的描述参考附图以示例的方式解释了本发明的实施例，连同优点和特征。构件列表
100 换能器设备 102 圆柱形部件 104 中心区段 106 轴200换能器
202重量减小装置
204壁
206腔
208换能器面
300空心部分
302信号路径腔？
304辐条 306位置。
具体实施例方式图I是示例性的滚筒换能器设备100的侧视图。滚筒换能器设备100包括管状部件102，其可旋转地设置在中心区段104周围或安装至该中心区段，从而允许管状部件102的相对旋转。中心区段104包括轴106，其配置成联接至框架(未显示)，用于将被检查的材料、部件或零件之上的滚筒换能器设备100的引导。框架可以是配置成容纳管状部件102并允许部件相对于该框架的移动的任何合适的结构。示例性的框架包括把柄，以使将被检测的部件的表面之上的换能器设备的操作成为可能。另外，示例性的框架包括合适的电子器件和硬件，以将信号和功率传输至换能器设备，其中，电子器件经由合适的连接(例如经由至少部分地位于轴106内的电导线)而联接并被引至中心区段104。示例性管状部件102经由合适的机构安装至中心区段104，用于旋转，从而使得当换能器设备100滚动越过正被检测的部件时管状部件102相对于中心区段104的旋转移动成为可能。在实施例中，轴106联接至框架和中心区段104，同时管状部件102由合适的装置(例如支承组件)联接至中心区段104，以允许管状部件102旋转。换能器设备100包括超声换能器与相关的硬件和电路，其配置成通过将超声波传输至物体中并探测来自部件内的波的反射(或“回波”)而提供关于部件的状况或特性的信息。在换能器系统中，电子器件和相关的硬件可以联接至换能器设备100，以发送、接收及处理与所探测的超声波相应的信号。此外，软件和/或固件可以在电子器件上运行，以分析波并确定在检测部件中是否有缺陷或裂纹。通过传输已知特性(即，频率、振幅等)的超声波穿过该部件，如果它通过该部件反射的话，系统能够通过分析波的变化而探测异常。在一个示例性实施例中，在飞机零件之上人工地滚动换能器设备100，以检查零件的裂纹、材料脱层以及/或者材料退化。在其它实施例中，换能器设备100包括用于非破坏性零件检查的其它合适的换能器，例如电磁传感器。图2是示例性的滚筒换能器设备100的截面侧视图。换能器设备100包括中心区段104中的换能器200(或“换能器单元”)和设置在中心区段104的大部分周围的重量减小装置202。管状部件102设置在重量减小装置202周围，并且包括壁204。流体设置在管状部件102内的腔206中，其中，流体适合用于到达和来自换能器200的面208的超声波的通信。在一实施例中，管状部件102包括基本柔性且空心的管状部件，其中，管状部件的至少一部分是柔性的。管状部件102的柔性部分可以称为胎。在另一实施例中，管状部件102是基本刚性的。类似于用于车辆的胎，当圆柱形部件滚动越过将被检测的部件时，形成了接触面(contact patch)。接触面提供了表面区域，将超声波传输至该表面区域中，以检测部件。流体和限定圆柱形部件的腔206的表面限定了针对超声波的有极小扭曲(distortion)的传输路径。示例性管状部件102的至少一部分包括合适的弹性材料，例如弹性体、氨基甲酸酯或橡胶。在其它实施例中，管状部件102可以是配置成使得能够滚过将被检查的表面的多边部件(例如，6-16边的部件)。设置在管状部件102和腔206内的流体是合适的浆、油或液体，例如水溶液或水。换能器200包括合适的电路，以发送及接收超声波。示例性的换能器200包括一列超声换能器，其中，该列换能器布置成发送及/或接收处于所选的模式的超声波。此外，该列换能器可以是多路复用的，并且/或者使用相控阵技术而集中于检测部件的所选部分。重量减小装置202配置成代替可能包含在管状部件102内的流体的一部分。重量减小装置202的总密度小于流体的密度，从而减小了换能器装置100的总重量。因此，重量减小装置202设置在管状部件102内部而占据管状部件102内部的体积，以代替否则将占 据该体积的流体。在一个实施例中，重量减小装置202包括基本空心的密封的部件，其填充有诸如空气的气体。重量减小装置202可以由耐用的轻质材料构成的一个或更多零件形成，所述材料例如为塑料或聚合物材料。在其它实施例中，重量减小装置202包括基本实心的轻质复合材料，例如聚合物或闭孔泡沫。重量减小装置202具有合适的几何结构，以暴露换能器面208的至少一部分，从而允许超声波穿过设置在管状部件102中的流体的传输。如图3所示，重量减小装置202的示例性几何结构包括大致C形的横截面。用于重量减小装置202的其它几何结构可以包括V形、半圆或任何其它合适的几何结构，以使从管状部件102内部的换能器200发送信号同时减小换能器设备202内的流体的量成为可能。在实施例中，重量减小装置202的几何结构可以基于具体应用细节来选择，例如检查期间的滚动速度、检测部件表面特性或者使用期间的设备定向。重量减小装置202联接至中心区段104的静止部分，其中，静止部分包括换能器200和轴106。因此，在一个实施例中，重量减小装置202相对于换能器200是静止的，以确保到达和来自换能器的声音信号到正检查的部件的不堵塞的传输。在其它实施例中，重量减小装置202相对于换能器200是浮动的或不静止的。重量减小装置202包括空心部分或腔300，其可以填充有气体或合适的轻质材料。另外，重量减小装置300可以具有施加给腔300的真空，以移除装置内的气体的至少一部分，从而进一步减小重量。所描绘的重量减小装置202联接至中心区段104的不旋转部分，并且配置成暴露换能器面208的至少一部分，从而使得声音信号在重量减小装置202中穿过设置在腔302中的流体的通信成为可能。因此，该布置使得声音信号经由流体沿着腔302从换能器200到壁204的内表面的传输成为可能。形成腔302的壁可以是平行的，或者可以相对于彼此成某一角度。腔302的几何结构和腔深度可以根据应用或期望的声音路径而改变，以减小超声波传输的干涉和反射。示例性的重量减小装置202包括辐条304，其配置成使得当管状部件102被按压靠着检测部件的表面而变形时装置和管状部件102之间的沿着腔206的流体连通成为可能。辐条304使得在没有重量减小装置202和管状部件102之间的干涉的情况下，变形的部件的滚动移动成为可能。如所描绘的，流体设置在围绕重量减小装置202的腔206和302中，其中，管状部件102基本上包封该装置，因而当管状部件102围绕中心区段104和换能器200旋转时，密封设备内的流体。在一个实施例中，中心区段104和换能器200的一部分可以延伸至腔302中，到达位置306，其中，位置306和壁204之间的距离减小，从而为超声波提供了更短的传输路径。当换能器200的至少一部分位于位置306中时，重量减小装置202可以放置成与换能器面208相对，从而进一步减小设备的重量。在实施例中，重量减小装置202相对于中心区段104是浮动的，并且包括用于相对于中心区段104维持对齐的几何结构和/或权重，以提供传输路径和针对换能器面208的暴露。在实施例中，相对于流体(例如，水 )密度更低的重量减小装置202将换能器设备100的重量减小了大约10%至大约80%，取决于设备和所使用材料的尺寸。与没有重量减小装置的装置相比，带有大约2英寸至大约5英寸的直径的示例性设备可以具有大约10%至大约30%的重量减小。与没有重量减小装置的装置相比，带有大约10英寸至大约16英寸的直径的示例性设备可以具有大约50%至大约80%的重量减小。因此，换能器设备100的减小的重量增加了产率、效率和安全性，以及使用该设备的检查过程的人机工程实用性。制作换能器设备100的示例性步骤可以包括以下内容。将换能器200放置在设备的框架上。将重量减小装置202设置在换能器周围，其中，重量减小装置202暴露换能器面208，以提供到达和来自该面的传输路径。将管状部件204放置在重量减小装置202周围，其中，管状部件204的至少一部分是柔性的，以允许管状部件204滚动越过检测部件的表面。此外，管状部件204、重量减小装置202以及换能器200布置成提供从换能器面208直接到检测部件的表面的传输路径。最后，流体设置在管状部件204内并围绕重量减小装置202，其中，流体允许超声波的传输，而没有实质的反射或阻塞。虽然已经结合仅仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但是应当容易懂得，本发明不限于这样的公开的实施例。而是，能够修改本发明，以合并迄今未描述但是与本发明的精神和范围相称的任何数量的变型、变更、替代或者等同布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当懂得，本发明的方面可以仅仅包括所述实施例中的一些。因此，本发明不被视为由前述描述限制，而是仅仅由所附的权利要求的范围限制。
权利要求
1.一种换能器设备,包括 中心区段(104)； 换能器(200)，设置在所述中心区段(104)中，所述换能器(200)配置成发送或接收信号; 管状部件(102)，安装至所述中心区段(104)，用于相对旋转； 流体，设置在所述管状部件(102)中；以及 重量减小装置(202)，设置在所述管状部件(102)内部而占据所述管状部件(102)内的体积，其中，所述重量减小装置(202)配置成提供经由所述流体从所述换能器(200)到所述管状部件(102)的传输路径。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述重量减小装置(202)联接至相对于所 述中心区段(104)静止的部分。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述管状部件(102)配置成围绕所述重量减小装置(202)和所述中心区段(104)旋转。
4.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述管状部件(102)包括大致基本柔性且空心的管。
5.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述重量减小装置(202)具有第一密度，而所述流体具有第二密度，其中，所述第一密度小于所述第二密度。
6.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述重量减小装置(202)配置成包围所述中心区段(104)的至少一部分。
7.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述重量减小装置(202)配置成暴露所述换能器(200)的面部分(208)。
8.一种用于组装换能器设备的方法，所述方法包括 形成具有第一密度的重量减小装置(202)； 将所述重量减小装置(202)设置在所述换能器设备的中心区段(104)上； 将管状部件(102)设置在所述重量减小装置(202)周围；以及 将流体设置在所述管状部件(102)内，其中，所述流体具有比所述第一密度更大的第——滋择
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，设置所述重量减小装置(202)包括使所述重 量减小装置(202)在所述中心区段(104)上定向，以提供经由所述流体从所述换能器(200)到所述管状部件(102)的传输路径。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成所述重量减小装置(202)包括使空心聚合物部件成型。
全文摘要
本发明涉及换能器设备和用于组装换能器设备的方法。根据本发明的一个方面，提供了一种换能器设备，其包括中心区段、设置在中心区段中的换能器以及安装至中心区段用于相对旋转的管状部件，换能器配置成发送或接收信号，其中，流体设置在管状部件中。该设备还包括设置在管状部件内部而占据管状部件内的体积的重量减小装置，其中，重量减小装置配置成提供经由流体从换能器到管状部件的传输路径。
文档编号G01N29/22GK102788846SQ20121015351
公开日2012年11月21日 申请日期2012年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者D.E.哈肯伯格, R.C.沙菲尔 申请人:通用电气公司