用于校准旨在分析液态金属的超声波测量设备的方法与流程

本发明的是利用超声波对液态金属铸件（例如铝合金铸件）进行表征。现有技术在金属铸造领域，需要检查液态金属的质量，以便检测夹杂物。对于铝而言尤其如此。某些行业，例如饮料罐制造行业，对熔融铝合金的质量有很高要求。熔融金属的质量由金属中存在的夹杂物的量决定。这些夹杂物可能是气体、氧化物、氮化物、碳化物、氟化物或硼化物的微量成分。熔融铝中通常遇到的夹杂物例如是al2o3、mgal2o4、al4c3、mgo、cao、caf2、tib2、tivb2、sio2。可以利用超声测量技术对铸件质量进行在线监测。根据此类测量，超声声波传播穿过液态金属。声波传播穿过液态金属。如果存在夹杂物，部分发射的声波会被反射并能够被检测到。反射波或衍射波的振幅可用于获得金属中夹杂物的尺寸。超声技术允许对液态金属的一部分（通常为2%）进行表征。允许通过超声对铸件进行测量的探头已在专利ep3204764b1和ep3204763b1中有所描述。文件ep1194772b1描述了一种用于校准探头的方法，其中反射器布置在杆的末端，而杆则布置在液态金属中。反射器可以具有不同的尺寸。因此，可以在每个反射器的尺寸和检测到的声波的振幅之间建立相关性。这种方法需要针对每个探头应用。此外，它意味着将校准的反射器布置在液态金属中，这可能证明是复杂的。所描述的文献us20190145939涉及一种方法和设备，允许定量测定沿流道流动的介质中所含颗粒组分的数量和尺寸；超声波耦合至流动介质，并被颗粒组分至少部分地反射，超声波反射的部分在超声时间信号中被检测到，定量测定基于所述超声时间信号。文献us4770699描述了一种用于测试或超声处理熔融金属的探头，其包括：超声传输杆，其一端为“下游”端，所述“下游”端适于与经受测试或处理的熔融金属进行接触；压电晶体，所述压电晶体适于向该杆提供超声波或从该杆接收超声波；以及位于该杆的下游端附近的用于冷却该杆的装置。文献us5604301描述了一种利用液体中的非均相组分来分离液体、特别是液态金属的方法，该方法包括以下步骤：为含有非均相组分的液流提供通道，并在该通道中引导超声波。估算夹杂物尺寸的另一种可能方案是使用超声探头产生的测量结果与被视为参考方法的方法产生的测量结果之间的相关性曲线。例如，参考方法可以是“limca”（液态金属洁净度分析）型分析方法，该方法基于对液态金属的样品的电阻的分析。它也可以包括ep1194772b1中描述的、实施校准反射器的方法。因此，可以在参考方法测量的夹杂物尺寸与超声信号的振幅之间建立相关性函数。与使用超声探头相关联的一个困难在于，其响应可能因探头不同而存在差异。然而，设想用参考方法（limca型参考方法或如ep1194772b1中描述的参考方法）对每个探头进行校准是困难的。这样的校准需要时间。两个结构相同的探头之间响应的变异性，归因于可能影响电子电路或所用材料的差异。当遇到相同的夹杂物时，具有相同设计的两个不同的探头，由于仪器响应的变异性，可能产生不同幅值的检测信号。考虑这种变异性是优选的，甚至是必要的，例如，如果寻求将相同的相关性曲线应用于不同超声探头产生的测量结果。发明人提出了一种允许考虑两个不同探头响应的变异性的方法。目的是，在存在具有相同夹杂物的情况下，具有相同设计的两个探头产生相同的信号，或者可以被视为产生相同的信号。

背景技术：

技术实现思路

1、本发明的第一个目的是一种用于校准超声波测量设备的方法，所述设备旨在表征液态金属，所述设备包括：

2、- 测量发射器，所述测量发射器被配置为在液态金属中发射入射超声波；

3、- 接收器，所述接收器被配置为在所述入射超声波发射后，检测由所述液态金属中夹杂物反射或衍射的超声波；

4、- 处理单元，所述处理单元被配置为确定所检测的超声波的振幅；

5、所述方法的特征在于，其包括以下步骤：

6、a) 将超声工具头布置于液态金属中，并将所述设备布置为使得所述测量发射器和所述接收器布置于所述液态金属中或朝向所述液态金属；

7、b)在激活周期期间激活所述超声工具头，以产生传播穿过所述液态金属的驻声波；

8、c) 为所述测量发射器通电，使得所述测量发射器在不同校准时刻发射在液态金属中传播的入射超声波，所述校准时刻形成校准周期；

9、d) 在每个校准时刻，由接收器检测在所述入射波的作用下由所述液态金属反射或衍射的超声波，并确定由所述接收器检测的超声波的振幅；

10、e)根据每个校准时刻测得的振幅，计算归一化振幅；

11、f) 计算归一化函数，所述归一化函数被配置为将由所述接收器检测的每个超声波振幅通过所述归一化振幅进行归一化。

12、所述驻声波可以是超声波。

13、所述设备可以布置于距所述超声工具头小于 2 米的距离处。

14、所述驻声波的频率与所述入射波的频率不同。

15、所述校准周期可以在所述激活周期之后。

16、根据一种可能方案，所述超声工具头形成所述测量发射器。然后，所述方法使得：

17、- 在步骤b)期间，所述测量发射器发射所述驻声波；

18、- 在步骤c)期间，所述测量发射器和该设备的接收器被激活，以确定由所述接收器检测的超声波的振幅。

19、根据一种可能方案，所述校准周期根据小于1s（秒）的持续时间延长。

20、根据一种可能方案，在步骤b)期间产生的驻声波的频率大于在步骤c)期间发射的入射超声波的频率。

21、根据一种可能方案：

22、- 在步骤b)期间产生的驻声波的频率与在步骤c)期间发射的入射超声波的频率不同；

23、- 所述校准周期包括所述激活周期的全部或部分，步骤b)和c)的全部或部分同时实施。

24、本发明的第二个目的是一种表征液态金属的方法，所述方法实施超声波测量设备，包括：

25、- 测量发射器，所述测量发射器被配置为在所述液态金属中发射入射超声波；

26、- 接收器，所述接收器被配置为在所述入射超声波发射后，检测由所述液态金属中夹杂物反射或衍射的超声波；

27、- 处理单元，所述处理单元被配置为确定所检测的超声波的振幅；

28、所述方法包括以下步骤：

29、- （i）布置所述设备，使得所述测量发射器和所述接收器布置在所述液态金属中或朝向所述液态金属；

30、- （ii）为所述测量发射器通电，使得所述测量发射器发射在所述液态金属中传播的入射超声波；

31、- （iii）由所述接收器检测在所述入射波作用下由所述液态金属中夹杂物反射或衍射的超声波；

32、- （iv）在测量时刻，由所述接收器测量在所述入射超声波作用下由所述液态金属中夹杂物反射或衍射的超声波，并确定每个测量时刻处由所述接收器检测的超声波的振幅；

33、所述方法的特征在于，其包括：

34、-（v）对所述测量时刻确定的振幅应用归一化函数，所述归一化函数通过根据本发明的第一目的方法定义。

35、根据一个可能方案：

36、- 所述液态金属沿槽流动；

37、- 所述发射器和所述接收器朝向所述槽布置。

38、根据一个可能方案：

39、- 所述测量发射器与浸入所述液态金属中的第一波导耦接；

40、- 所述接收器与浸入所述液态金属中的第二波导耦接。

41、根据本发明的第三目的是一种超声波测量设备，包括：

42、- 测量发射器，所述测量发射器被配置为在所述液态金属中发射入射超声波；

43、- 接收器，所述接收器被配置为在所述入射超声波发射后，检测由所述液态金属中夹杂物反射或衍射的超声波；

44、- 处理单元，所述处理单元被配置为实施根据本发明的方法的步骤e)和f)。

45、结合下文所列的附图，通过阅读下文描述中所呈现的实施方案的公开内容，将更好地理解本发明。