CN104535659A - 一种超声平面矩形天线阵列 - Google Patents

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宋书彬
张鹏
陈建明
刘治龙
王亭岭
邱道尹
陈嘉琦
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Abstract

本发明涉及一种超声平面矩形天线阵列,它包括结构体和固定件,结构体的内部设置有控制板,结构体的外侧设置有矩形天线阵列;矩形天线阵列为若干阵元呈矩形阵列分布组成,阵元固定设置在结构体,阵元的末端和结构体的连接处设置有固定件,阵元的头部为椭圆形,阵元的主体为圆柱形,阵元的主体由阵元保护壳、电气适配器、弹性适配器、阻尼适配器、压电换能器、陶瓷适配头组成;阵元保护壳内依次设置有电气适配器、弹性适配器、阻尼适配器、压电换能器、陶瓷适配头,陶瓷适配头设置在阵元的头部;本发明具有操作简单、采集规范、自动化、效率高、精度高、分辨率高、适用于非金属材料及复合材料的优点。

Description

一种超声平面矩形天线阵列
技术领域
[0001] 本发明属于超声无损探伤测量领域,应用于建筑、路桥施工中的混泥土构件内部缺陷检测检测、道路断层扫描检测、非金属材料内部掺杂快速检测等方面,具体涉及一种超声平面矩形天线阵列。
背景技术
[0002]目前,常用的超声无损探伤测量主要适用于人体、动物健康检查,工业方面主要应用于钢结构、焊缝等金属材料的内部缺陷检测,在工业领域,目前的超声无损探伤测量技术除了仅局限于某些特定的金属材料外,这是因为工业超声检测采用的是0.5MHZ至10MHZ的声波,该频段声波在非金属材料中衰减大,不适用于非金属材料,特别不能用于混泥土材料、沥青材料、路桥断面以及多层不同材料的复合等缺陷检测,工业超声探伤使用的超声波换能器或探头目前主要有单探头和多探头线阵列两种,但其存在的问题是扫描效率低、一致性差、信息量少、人为因素影响大、操作人员需要长期的专业培训等,不利于高分辨率探伤测量的应用,面阵列形式的矩阵探头技术的技术应用还未有先例;面阵列形式的矩阵探头称之为阵元,探头使用的声波频率在0.02MHZ-0.30MHZ范围内可选择,适用于混泥土、沥青等材料的超声检测。
发明内容
[0003] 本发明的目的是为了克服现有技术的不足,而提供一种操作简单、采集规范、自动化、效率高、精度高、分辨率高、适用于非金属材料及复合材料的超声平面矩形天线阵列。
[0004] 本发明的目的是这样实现的:一种超声平面矩形天线阵列,它包括结构体和固定件,所述的结构体的内部设置有控制板,结构体的外侧设置有矩形天线阵列;所述的矩形天线阵列为若干阵元呈矩形阵列分布组成,所述的阵元固定设置在结构体,阵元的末端和结构体的连接处设置有固定件,阵元的头部为椭圆形,阵元的主体为圆柱形,阵元的主体由阵元保护壳、电气适配器、弹性适配器、阻尼适配器、压电换能器、陶瓷适配头组成;所述的阵元保护壳内依次设置有电气适配器、弹性适配器、阻尼适配器、压电换能器、陶瓷适配头,所述的陶瓷适配头设置在阵元的头部。
[0005] 所述的阵元至少为20个。
[0006] 所述的矩形天线阵列为50个阵元组成的10X5矩形平面阵列。
[0007] 所述的控制板的主体由相控阵扫描电路、驱动电路、声波收发前置电路组成。
[0008] 所述的固定件为螺钉。
[0009] 所述的结构体为铝合金矩形框。
[0010] 所述的弹性适配器内设置有弹簧悬挂结构。
[0011] 本发明的有益效果:本发明以结构体、阵元、固定件、控制板组成的一种超声平面矩形天线阵列,具有操作简单、采集规范、自动化、效率高、精度高、分辨率高、适合于非金属材料及复合材料的优点;本发明的阵元结构经过专门设计,阵元的主体采用阵元保护壳、电气适配器、弹性适配器、阻尼适配器、压电换能器、陶瓷适配头组成,通过干耦合直接接触、反射测量法,提高和优化了声波的收、发效率;本发明的每个阵元的头部设置有陶瓷适配头,陶瓷适配头耐磨性能好,通过陶瓷适配头的触点和被测体接触,而每个阵元的后端都有一个独立的弹性适配器,弹性适配器内设置有弹簧悬挂结构,使得整个阵列平面的所有阵元能够与粗糙不平的被测体表面充分的紧密接触,免去了使用液体耦合剂的弊端,矩阵中的每个阵元作为一个低频宽带横波传感器,具有耐磨、测量精度高、结果准确的优点;总的,本发明具有操作简单、采集规范、自动化、效率高、精度高、分辨率高、适合于非金属材料及复合材料的优点。
附图说明
[0012] 图1是本发明一种超声平面矩形天线阵列的正视图。
[0013] 图2是本发明一种超声平面矩形天线阵列的俯视图。
[0014] 图3是本发明一种超声平面矩形天线阵列的阵元结构示意图。
[0015] 图4是本发明一种超声平面矩形天线阵列的应用系统示意图。
[0016] 图中:1、结构体2、阵元3、固定件4、控制板5、阵元保护壳6、电气适配器
7、弹性适配器8、阻尼适配器9、压电换能器10、陶瓷适配头。
具体实施方式
[0017] 下面结合附图对本发明做进一步的说明。
[0018] 实施例1
如图1、图2和图3所示,一种超声平面矩形天线阵列,它包括结构体I和固定件3,所述的结构体I的内部设置有控制板4,结构体I的外侧设置有矩形天线阵列;所述的矩形天线阵列为若干阵元2呈矩形阵列分布组成,所述的阵元2固定设置在结构体1,阵元2的末端和结构体I的连接处设置有固定件3,阵元2的头部为椭圆形,阵元2的主体为圆柱形,阵元2的主体由阵元保护壳、电气适配器6、弹性适配器7、阻尼适配器8、压电换能器9、陶瓷适配头10组成;所述的阵元保护壳内依次设置有电气适配器6、弹性适配器7、阻尼适配器
8、压电换能器9、陶瓷适配头10,所述的陶瓷适配头10设置在阵元2的头部。
[0019] 所述的控制板4的主体由相控阵扫描电路、驱动电路、声波收发前置电路组成。
[0020] 本发明以结构体、阵元、固定件、控制板组成的一种超声平面矩形天线阵列,具有操作简单、采集规范、自动化、效率高、精度高、分辨率高、适合于非金属材料及复合材料的优点。
[0021] 本发明实施时,首先进行结构体制作,结构体制作完毕后,在结构体的内部安装控制板,在结构体的侧面安装矩形天线阵列,矩形天线阵列为若干阵元2呈矩形阵列分布组成,控制板采用相控阵扫描电路、驱动电路、声波收发前置电路组成,完成上述安装后,即可投入使用;本发明的阵元结构经过专门设计,阵元的主体采用阵元保护壳、电气适配器、弹性适配器、阻尼适配器、压电换能器、陶瓷适配头组成,通过干耦合直接接触、反射测量法,提高和优化了声波的收、发效率;本发明的每个阵元的头部设置有陶瓷适配头,陶瓷适配头耐磨性能好,通过陶瓷适配头的触点和被测体接触,而每个阵元的后端都有一个独立的弹性适配器,弹性适配器内设置有弹簧悬挂结构,使得整个阵列平面的所有阵元能够与粗糙不平的被测体表面充分的紧密接触,免去了使用液体耦合剂的弊端,矩阵中的每个阵元作为一个低频宽带横波传感器,具有耐磨、测量精度高、结果准确的优点;总的,本发明具有操作简单、采集规范、自动化、效率高、精度高、分辨率高、适合于非金属材料及复合材料的优点。
[0022] 实施例2
如图1、图2、图3和图4所示,一种超声平面矩形天线阵列,它包括结构体I和固定件3,所述的结构体I的内部设置有控制板4,结构体I的外侧设置有矩形天线阵列;所述的矩形天线阵列为若干阵元2呈矩形阵列分布组成,所述的阵元2固定设置在结构体1,阵元2的末端和结构体I的连接处设置有固定件3,阵元2的头部为椭圆形,阵元2的主体为圆柱形,阵元2的主体由阵元保护壳、电气适配器6、弹性适配器7、阻尼适配器8、压电换能器9、陶瓷适配头10组成;所述的阵元保护壳内依次设置有电气适配器6、弹性适配器7、阻尼适配器8、压电换能器9、陶瓷适配头10,所述的陶瓷适配头10设置在阵元2的头部。
[0023] 所述的矩形天线阵列为50个阵元2组成的10X5矩形平面阵列。
[0024] 所述的控制板4的主体由相控阵扫描电路、驱动电路、声波收发前置电路组成。
[0025] 所述的固定件3为螺钉。
[0026] 所述的结构体I为铝合金矩形框。
[0027] 所述的弹性适配器7内设置有弹簧悬挂结构。
[0028] 本发明以结构体、阵元、固定件、控制板组成的一种超声平面矩形天线阵列,具有操作简单、采集规范、自动化、效率高、精度高、分辨率高、适合于非金属材料及复合材料的优点。
[0029] 本发明实施时,首先进行结构体制作,结构体制作完毕后,在结构体的内部安装控制板,在结构体的侧面安装矩形天线阵列,矩形天线阵列为若干阵元2呈矩形阵列分布组成,控制板采用相控阵扫描电路、驱动电路、声波收发前置电路组成,完成上述安装后,即可投入使用,如图4为本发明的进一步应用,收发天线阵列为超声平面矩形天线阵列,收发天线阵列连接主控制器,收发天线阵列和主控制器之间设置有数据采集装置、同步控制装置、收发控制装置、扫描驱动装置,扫描驱动装置连接有A扫生成、B扫生成、C扫生成,A扫生成连接收发天线阵列,C扫生成连接主控制器,主控制器连接综合显示装置,主控制器和综合显示装置之间设置有显示驱动、控制输入、通信接口、数据存储、显示控制,电源控制及管理装置连接收发天线阵列、主控制器、综合显示装置;通过该应用系统,使本发明作业效率大幅提升,具有效率高、运行成本低的优点;本发明的阵元结构经过专门设计,阵元的主体采用阵元保护壳、电气适配器、弹性适配器、阻尼适配器、压电换能器、陶瓷适配头组成,通过干耦合直接接触、反射测量法,提高和优化了声波的收、发效率;本发明的每个阵元的头部设置有陶瓷适配头,陶瓷适配头耐磨性能好,通过陶瓷适配头的触点和被测体接触,而每个阵元的后端都有一个独立的弹性适配器,弹性适配器内设置有弹簧悬挂结构,使得整个阵列平面的所有阵元能够与粗糙不平的被测体表面充分的紧密接触,免去了使用液体耦合剂的弊端,矩阵中的每个阵元作为一个低频宽带横波传感器,具有耐磨、测量精度高、结果准确的优点;本发明矩形天线阵列为50个阵元2组成的10X5矩形平面阵列,具有结构简单、操作方便的优点,尤其适合于道路工程施工中的探伤检测;本发明的结构体采用铝合金矩形框,具有质量轻便的优点,固定件为特制螺钉,具有安装便捷、检修方便的优点;总的,本发明具有操作简单、采集规范、自动化、效率高、精度高、分辨率高、适合于非金属材料及复合材料的优点。

Claims (7)

1.一种超声平面矩形天线阵列,它包括结构体和固定件,其特征在于:所述的结构体的内部设置有控制板,结构体的外侧设置有矩形天线阵列;所述的矩形天线阵列为若干阵元呈矩形阵列分布组成,所述的阵元固定设置在结构体,阵元的末端和结构体的连接处设置有固定件,阵元的头部为椭圆形,阵元的主体为圆柱形,阵元的主体由阵元保护壳、电气适配器、弹性适配器、阻尼适配器、压电换能器、陶瓷适配头组成;所述的阵元保护壳内依次设置有电气适配器、弹性适配器、阻尼适配器、压电换能器、陶瓷适配头,所述的陶瓷适配头设置在阵元的头部。
2.如权利要求1所述的一种超声平面矩形天线阵列,其特征在于:所述的阵元至少为20个。
3.如权利要求1所述的一种超声平面矩形天线阵列,其特征在于:所述的矩形天线阵列为50个阵元组成的10X5矩形平面阵列。
4.如权利要求1所述的一种超声平面矩形天线阵列,其特征在于:所述的控制板的主体由相控阵扫描电路、驱动电路、声波收发前置电路组成。
5.如权利要求1所述的一种超声平面矩形天线阵列,其特征在于:所述的固定件为螺钉。
6.如权利要求1所述的一种超声平面矩形天线阵列,其特征在于:所述的结构体为铝合金矩形框。
7.如权利要求1所述的一种超声平面矩形天线阵列,其特征在于:所述的弹性适配器内设置有弹簧悬挂结构。
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