一种细声束超声波探头制造技术

本实用新型专利技术中公开了一种细声束超声波探头，涉及无损检测技术领域，该探头包括探头接头、探头壳体以及电缆线、压电元件和组合声透镜；其中电缆线连接在探头接头与能发射和接收超声波的压电元件之间，用于将高频交变电脉冲传导给压电元件；组合声透镜安装在压电元件的底部，用于接收压电元件所产生的超声波声束并进行汇聚以及控制超声波传播方向，以使超声波声束形成先聚焦后平行传播的超声声束；通过实施本技术方案，既可有效解决常规超声波探头检测精度低的技术问题，又能解决现有聚焦探头检测效率低的技术问题，既可精确测定缺陷面积或指示长度，又适用于检测薄壁件内部缺陷以及中厚度件近表面缺陷，具有高精度检测且检测效率高的优点。高的优点。高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种细声束超声波探头


[0001]本技术涉及无损检测
，特别是涉及一种细声束超声波探头。

技术介绍

[0002]超声波探伤是利用超声波对构件内部缺陷进行检查的一种常用无损探伤的方法，能够快速便捷、无损伤且精确地进行工件内部多种缺陷(例如裂纹、夹杂、折叠、气孔以及砂眼等缺陷)的检测、定位、评估以及诊断，应用领域十分广泛，其中，压电式超声波探头是最为常用的一类。
[0003]常规压电式超声波探头的种类繁多且用途各异，但结构基本类似；其一般由晶片、阻尼块、保护膜、高频电缆插件及壳体组成；但随着科学技术的发展，在工业生产中对产品缺陷定位和定量的要求日益提高，特别是针对安全性要求极高的重要设备与构建(例如航空发动机零件、核反应堆构建及航天设备等)，要求进行高灵敏度、高分辨率的无损探伤以保证这些工件在无缺陷状态运行(即不允许任何超过所规定的宏观和微观缺陷存在)，以保证设备的使用安全性，防止灾难性事故发生，但现有常规超声波探头的检测精度难以满足重要零部件的缺陷定位和定量要求。
[0004]目前，检测精度高且相对成熟的超声检测方法是(水浸)聚焦探伤法，该检测方法具有声束聚焦功能，不仅具有高精度缺陷测量的优点，还能够克服常规超声波探头检测和近场区对检测结果的影响，使其能够检测薄壁件内部缺陷以及中厚度件的近表面缺陷；但是根据技术人在实践过程中发现，上述聚焦探伤法具有检测效率很低的重大缺点，往往需要在检测过程中分阶段更换不同聚焦的聚焦探头才能完成检测，而每次更换聚焦探头后都需要重新调整水距和扫查起始点，操作过程繁琐而导致检测效率很低。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本技术的目的在于提供一种细声束超声波探头，既可有效解决常规超声波探头检测精度低的技术问题，又能解决现有聚焦探头检测效率低的技术问题，既可精确测定缺陷面积或指示长度，又适用于检测薄壁件内部缺陷以及中厚度件近表面缺陷，具有高精度检测且检测效率高的优点。
[0006]本技术采用的技术方案如下：
[0007]一种细声束超声波探头，所述超声波探头包括探头接头、与探头接头连接的探头壳体以及位于探头壳体内的电缆线、能发射和接收超声波的压电元件和组合声透镜；其中所述电缆线连接在探头接头与能发射和接收超声波的压电元件之间，用于将高频交变电脉冲传导给压电元件；
[0008]所述组合声透镜安装在压电元件的底部，用于接收压电元件所产生的超声波声束并进行汇聚以及控制超声波传播方向，以使超声波声束形成先聚焦后平行传播的超声声束。
[0009]本技术方案改进了聚焦探头仅适用于探测某一特定深度范围(焦柱区域)内的缺
陷，针对检测要求较高的中厚度件，本技术经组合声透镜和压电元件组合设计产生的超声波进入工件时为细直声束，而非聚焦于某一深度位置点或者线的聚焦声束，因此检测工件时无需针对工件不同的厚度范围跟换不同焦距的探头进行检测，相对于常规超声波探头具有更高的检测精度，而相对于聚焦探头具有更高工作效率的一种接触式探伤用超声波探头，既可精确测定缺陷面积或指示长度，又适用于检测薄壁件内部缺陷以及中厚度件近表面缺陷，可显著提高检测效率。
[0010]在本技术一个较佳的实施例中，所述压电元件为具有压电效应的压电晶片，本技术方案中的压电元件既为超声波的接收敏感元件，又为发射超声波的元件，其结合组合声透镜的结构设计优选使用更大尺寸的压电晶片，从而获得更强的超声波辐射能量和更小的半扩散角，声束指向性更好，远距离检测能力更强，进而获得能量集中的、细直的超声声束。
[0011]在本技术一个较佳的实施例中，所述超声波探头还包括吸收块，所述吸收块充填在所述探头壳体内侧并位于压电元件以及组合声透镜的背面和侧面，本技术方案中吸收块又称阻尼块，吸收块一作用是用于使压电元件起振后尽快停下来，从而减小脉冲宽度，提高分辨力；而吸收块另一作用是吸收压电晶片或组合声透镜背面的杂波，提高性噪比；作为本技术方案的优选，吸收块选用的材质优选为吸声性能良好的环氧树脂加钨粉得以加工制成，其中所调制环氧树脂与钨粉配比应尽可能使其声阻抗接近压电晶片的声阻抗，加热后液态灌入探头壳体内部凝固而成。
[0012]在本技术一个较佳的实施例中，所述压电元件为圆块状结构或一侧是平面且另一侧是内凹球面的异面结构。
[0013]在本技术一个较佳的实施例中，当所述压电元件为圆块状结构时，所述组合声透镜包括依次粘接的上声透镜、中心声透镜和下声透镜，其中所述上声透镜与压电元件连接的一侧为平面，上声透镜与中心声透镜连接的一侧为内凹球面；所述下声透镜与所述中心声透镜连接的一侧为内凹球面且下声透镜的另一侧为平面；所述中心声透镜与上声透镜连接的一侧具有与上声透镜的内凹球面相适配的第一外凸球面，且中心声透镜与下声透镜连接的一侧具有与下声透镜内凹球面相适配的第二外凸球面；本技术方案中各相邻声透镜材质选择应符合阻抗匹配要求，尽可能选择声阻抗近似的材质以减少能量传输损失；同时作为本技术方案的优选，压电元件与组合声透镜之间以及上声透镜、中心声透镜和下声透镜之间胶结紧密贴合在一起，且各胶结面须薄层、严密、无缝隙，以保证声束在异质界面传播遵循斯涅耳定律；由此本技术方案中压电元件为圆块状结构，经高频交变电脉冲激励发出近似平面波，超声波声束先透过用于聚焦的带球面的上声透镜再进入中心声透镜聚焦后再透过下声透镜形成平行细直声束。
[0014]在本技术另一个较佳的实施例中，当所述压电元件为一侧是平面且另一侧是内凹球面的异面结构时，所述组合声透镜包括粘接在一起的中心声透镜和下声透镜，其中所述下声透镜与所述中心声透镜连接的一侧为内凹球面且下声透镜的另一侧为平面；所述中心声透镜与压电元件连接的一侧具有与压电元件的内凹球面相适配的第一外凸球面并通过第一外凸球面与压电元件配合连接，且中心声透镜与下声透镜连接的一侧具有与下声透镜内凹球面相适配的第二外凸球面并通过第二外凸球面与下声透镜配合连接；本技术方案结合压电元件结构改变取消了组合声透镜中上声透镜，将压电元件与中心声透镜粘接的
一侧设计为内凹球面，使得高频电脉冲激励发出近似球面波，球面波直接进入中心声透镜聚焦后再透过下声透镜形成平行细直声束，本技术方案与上述实施例中工作原理相同，其不同之处在于将中心声透镜上部换成与压电晶片贴合匹配。
[0015]在本技术一个较佳的实施例中，所述上声透镜的内凹球面半径R1大于所述下声透镜的内凹球面半径R2，且R1＜f1且R2＜f2；f1为中心声透镜上球面聚焦焦距，f2为中心声透镜下球面聚焦焦距；为减少声能损失，各相邻声透镜材质选择应符合阻抗匹配要求，选择声阻抗近似的材质。
[0016]在本技术一个较佳的实施例中，所述超声波探头整体高度L
总
为50
‑
100mm；L1为中心声透镜上球面球心至中心声透镜上球面横截面圆弧对应弦之间的距离，且L1约为1/3L
总
，以便于安装设计尺寸的压电晶片，进而获得更强的超声波辐射能量和更小的半本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种细声束超声波探头，其特征在于：所述超声波探头包括探头接头、与探头接头连接的探头壳体以及位于探头壳体内的电缆线、能发射和接收超声波的压电元件和组合声透镜；其中所述电缆线连接在探头接头与能发射和接收超声波的压电元件之间，用于将高频交变电脉冲传导给压电元件；所述组合声透镜安装在压电元件的底部，用于接收压电元件所产生的超声波声束并进行汇聚以及控制超声波传播方向，以使超声波声束形成先聚焦后平行传播的超声声束。2.根据权利要求1所述的细声束超声波探头，其特征在于：所述压电元件为具有压电效应的压电晶片。3.根据权利要求1所述的细声束超声波探头，其特征在于：所述超声波探头还包括吸收块，所述吸收块充填在所述探头壳体内侧并位于压电元件以及组合声透镜的背面和侧面。4.根据权利要求1所述的细声束超声波探头，其特征在于：所述压电元件为圆块状结构或一侧是平面且另一侧是内凹球面的异面结构。5.根据权利要求4所述的细声束超声波探头，其特征在于：当所述压电元件为圆块状结构时，所述组合声透镜包括依次粘接的上声透镜、中心声透镜和下声透镜，其中所述上声透镜与压电元件连接的一侧为平面，上声透镜与中心声透镜连接的一侧为内凹球面；所述下声透镜与所述中心声透镜连接的一侧为内凹球面且下声透镜的另一侧为平面；所述中心声透镜与上声透镜连接的一侧具有与上声透镜的内凹球面相适配的第一外凸球面，且中心声透镜与下声透镜连接的一侧具有与下声透镜内凹球面相适配的第二外凸球面。6.根据权利要求4所述的细声束超声波探头，其特征在于：当所述压电元件为一侧是...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾舟，苗景国，郭伟，吴代建，王欢，
申请(专利权)人：四川工程职业技术学院，
类型：新型
国别省市：