一種用于非接觸式檢測的新型空氣超聲探頭制造技術

本實用新型專利技術涉及一種用于非接觸式檢測的新型空氣超聲探頭，包括同軸電纜，金屬外殼，吸收塊，壓電晶片，絕緣套，匹配層，聲聚焦透鏡，環(huán)形壓片，匹配層上端面中間與壓電晶片緊貼，聲聚焦透鏡緊貼匹配層，用金屬環(huán)形壓片將聲聚焦透鏡和匹配層壓緊在壓電晶片的表面，再用若干枚螺絲將金屬環(huán)形壓片、匹配層和聲聚焦透鏡與金屬外殼連接在一起，所述的聲聚焦透鏡采用硅橡膠，其安裝直徑同金屬外殼的外徑等大，有效直徑同壓電晶片的直徑等大，所述的匹配層采用鎂合金，其直徑同金屬外殼的直徑等大。由于采用了硅橡膠聲聚焦透鏡和鎂合金匹配層，透射率提高近40倍。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本技術涉及一種檢測探頭，特別是空氣超聲探頭，用于非接觸式無損檢測。
技術介紹
在超聲檢測技術中利用超聲探頭將超聲波發(fā)射出去，然后再把超聲波接收回來，變換成電信號。接觸式超聲檢測方法有超聲波水浸法、反射法及穿透法等檢測方法。反射法及穿透法要求超聲探頭和試件之間必須使用液體或糊狀耦合劑，檢測時要求探傷表面平直、無溝槽和雜物；水浸法要求超聲探頭和試件全都浸入水中。近年來，檢測領域提出了一種空氣超聲檢測方法。由于空氣超聲檢測方法，其探頭 與檢測試件不接觸，因而具有一系列顯著優(yōu)點。比如，檢測高溫試件；在試件加工過程中進行動態(tài)檢測，進而實現(xiàn)閉環(huán)控制等等。空氣超聲檢測存在的主要困難是超聲波在空氣中會產生嚴重的衰減，以至于使超聲波無法達到被檢工件進行檢測。造成超聲波在空氣中嚴重衰減的主要原因是固體材料與空氣聲阻抗的巨大差異。例如一般金屬及壓電晶體的聲阻抗Z = 30 50 X IO6IignT2S4,而空氣的聲阻抗Z = 4271 !^2^,在壓電晶體與空氣界面超聲波幾乎會發(fā)生全反射而無法透射。因此，現(xiàn)有技術的這種探頭無法進行空氣超聲檢測。參照圖2，接觸式超聲檢測方法在進行檢測時，壓電晶片4與被測物件靠耦合劑與被測物件接觸，當壓電晶片4與被測物件分開時，由于壓電晶片4、空氣及被測物件的聲阻抗差異較大，無法進行超聲檢測。
技術實現(xiàn)思路
為了克服現(xiàn)有技術透射率低，不能進行空氣超聲檢測的不足，本技術提供一種空氣超聲探頭，在現(xiàn)有技術的基礎上增加匹配層和聲聚焦透鏡，使探頭的透射率和靈敏度提聞，就可以進行空氣超聲檢測。本技術解決其技術問題所采用的技術方案是一種空氣超聲探頭，包括同軸電纜1，金屬外殼2，吸收塊3，壓電晶片4和絕緣套5，其特征在于還包括匹配層6，聲聚焦透鏡7，環(huán)形壓片9，匹配層6上端面中間與壓電晶片4緊貼。聲聚焦透鏡7緊貼匹配層6，用金屬環(huán)形壓片9將聲聚焦透鏡7和匹配層6壓緊在壓電晶片4的表面，再用若干枚螺絲10將金屬環(huán)形壓片9、匹配層6和聲聚焦透鏡7與金屬外殼2連接在一起。所述的聲聚焦透鏡7采用硅橡膠，其安裝直徑同金屬外殼2的外徑等大，有效直徑同壓電晶片4的直徑等大。所述的匹配層6采用鎂合金，其直徑同金屬外殼2的外徑等大。本技術相比現(xiàn)有技術的優(yōu)點在于由于采用了硅橡膠聲聚焦透鏡，硅橡膠的聲阻抗Z = I. 04X KfkgnT2s-1,比壓電晶片的聲阻抗小40多倍，故可使透射率提高近40倍硅橡膠聲聚焦透鏡可使聲場能量聚焦，從而進一步提高探頭透射率。由于采用了鎂合金匹配層，其聲阻抗僅為一般壓電晶體材料的1/3左右，可使新型探頭發(fā)出的聲波透射率提高3倍；由于鎂合金具有良好的塑性，不像壓電晶片易碎，作為匹配層可提高探頭的抗沖擊性及使用壽命，從而起到一定的保護作用。因此可將壓電晶片的厚度減薄，直徑增大。壓電晶片厚度減薄可提高超聲頻率，頻率可由普通探頭的1.25MHz提高到2. 5MHz,從而增加檢測靈敏度。探頭直徑可由普通探頭的15mm左右提高到30mm左右，壓電晶片的面積增加了 4倍，由于超聲場的強度與壓電晶片的面積近似成正比，故新型探頭的聲波透射率又可比現(xiàn)有技術探頭提高幾倍；鎂合金塑性好，極易加工，用其加工的匹配層可有效保證匹配層的尺寸精度，其價格較壓電晶片又便宜很多，使探頭的制造成本下降許多。以下結合附圖和實施例對本技術作進一步詳細說明。附圖說明圖I是本技術結構示意圖圖2是現(xiàn)有技術結構示意圖 圖中，I-同軸電纜,2-金屬外殼,3-吸收塊,4-壓電晶片，5-絕緣套,6_匹配層，7-聲聚焦透鏡，9-環(huán)形壓片，10-螺絲具體實施方式參照圖1，空氣超聲探頭在由同軸電纜1，金屬外殼2，吸收塊3，壓電晶片4，絕緣套5構成普通超聲探頭的基礎上，在普通超聲探頭端面貼合一層匹配層6，再在匹配層6表面加上一層聲聚焦透鏡7，用金屬環(huán)形壓片9將匹配層6和聲聚焦透鏡7壓緊在普通超聲探頭壓電晶片4的表面，再用4枚螺絲10對稱地將金屬環(huán)形壓片9、匹配層6和聲聚焦透鏡7與金屬外殼2連接在一起。由于娃橡膠的聲阻抗Z= I. 04X IO6IignTiV1,比壓電晶片4的聲阻抗小40多倍,故可使透射率提高近40多倍。用其制作聲聚焦透鏡7后，由于其聚焦作用，又使得聲場能量聚焦，從而進一步提高探頭透射率。匹配層6選取鎂合金是因為匹配層6選用鎂合金，其聲阻抗僅為一般壓電晶體材料的1/3左右，可使新型探頭發(fā)出的聲波透射率提高3倍；由于鎂合金具有良好的塑性，不像壓電晶片易碎，作為匹配層可提高探頭的抗沖擊性及使用壽命，從而起到一定的保護作用。因此可將壓電晶片的厚度減薄，直徑增大。壓電晶片厚度減薄可提高超聲頻率，頻率可由普通探頭的I. 25MHz提高到2. 5MHz，從而增加檢測靈敏度。探頭直徑可由普通探頭的15_左右提高到30_左右，壓電晶片的面積增加了 4倍，由于超聲場的強度與壓電晶片的面積近似成正比，故新型探頭的聲波透射率又可比現(xiàn)有技術探頭提高幾倍；鎂合金塑性好，極易加工，用其加工的匹配層可有效保證匹配層的尺寸精度，其價格較壓電晶片又便宜很多，使探頭的制造成本下降許多。匹配層6選用鎂合金制作,其厚度δ Mg可選取I 2mm任意厚度。聲聚焦透鏡7選用硅橡膠制作而成。其中部的厚按度δ @_^可選取3 4.5!11111任意厚度。曲率半徑R的選取主要根據(jù)探頭到檢測工件的距離而定，為提高檢測靈敏度，應盡可能的小。通過匹配層6和聲聚焦透鏡7，使得壓電晶片4與空氣的聲阻抗較為匹配，從而使透射率提高幾十，甚至上百倍。當把加在壓電晶片4兩邊的脈沖電壓幅值由650V提高到1600V時，由于超聲波 的聲場強度與壓電晶片4的直徑及脈沖電壓幅值成正比，再加上聲聚焦透鏡使聲束能量聚焦，因此，至少可使射入被檢工作的超聲能量增加幾十甚至近百倍。從而，該技術探頭可實現(xiàn)空氣超聲檢測。本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種用于非接觸式檢測的新型空氣超聲探頭，其特征在于：包括同軸電纜(1)，金屬外殼(2)，吸收塊(3)，壓電晶片(4)，絕緣套(5)，匹配層(6)，聲聚焦透鏡(7)，環(huán)形壓片(9)，匹配層上(6)端面中間與壓電晶片(4)緊貼，聲聚焦透鏡(7)緊貼匹配層(6)，用金屬環(huán)形壓片(9)將聲聚焦透鏡(7)和匹配層(6)壓緊在壓電晶片(4)的表面，再用若干枚螺絲(10)將金屬環(huán)形壓片(9)、匹配層(6)和聲聚焦透鏡(7)與金屬外殼(2)連接在一起，所述的聲聚焦透鏡(7)采用硅橡膠，其安裝直徑同金屬外殼(2)的外徑等大，有效直徑同壓電晶片(4)的直徑等大，所述的匹配層(6)采用鎂合金，其直徑同金屬外殼(2)的直徑等大。

【技術特征摘要】
1.一種用于非接觸式檢測的新型空氣超聲探頭，其特征在于包括同軸電纜(1)，金屬外殼(2)，吸收塊(3)，壓電晶片(4)，絕緣套(5)，匹配層(6)，聲聚焦透鏡(7)，環(huán)形壓片(9)，匹配層上(6)端面中間與壓電晶片(4)緊貼，聲聚焦透鏡(7)緊貼匹配層(6)，用金屬環(huán)形壓片(9)將聲聚焦透鏡(7)和匹配層...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：邵佩玉，劉萬朋，
申請(專利權)人：邵佩玉，劉萬朋，
類型：實用新型
國別省市：