CN106546665A - 一种手动检测复合材料构件的微盲区聚焦超声探头 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种手动检测复合材料构件的微盲区聚焦超声探头，用于手动检测复合材料内部缺陷。本发明的超声探头包括超声换能器、密封盖、耦合剂内腔壳体、水囊和水距调节支座。本发明的超声探头，能保证换能器与复合材料被检件表面之间形成稳定的耦合层，避免超声检测时的水浸或喷水耦合介质对材料的损坏；保证声束焦点准确地定位在复合材料的表面或近表面，检测时水距连续可调；保证了超声脉冲的入射分辨力，减小检测盲区，提高复合材料超声手动检测的可靠性和效率。

Description

一种手动检测复合材料构件的微盲区聚焦超声探头
技术领域
本发明是一种手动检测复合材料构件的微盲区聚焦超声探头，属于无损检测技术领域。
背景技术
聚焦超声换能器广泛应用于复合材料检测，在检测过程中一般采用自动化检测，但随着复合材料产品形状复杂化、原位检测的需求量增加，在无法采用自动化检测时，只能采用手动检测。聚焦超声波换能器在手动检测时，由检测人员手持超声聚焦换能器，既要保证声束轴线与被检工件的表面垂直，又要保证换能器与工件之间的间距，由于换能器的位置和方向完全由检测人员手持悬空控制，难以保证稳定的声束角度、耦合层间距和耦合效果，难以保证被检工件中形成稳定的超声检测信号。手动检测时，产品表面不易于实现水浸或喷水耦合，需要设计水囊使聚焦超声换波能器发射的超声波信号通过水囊中的水传播并聚焦至水囊顶点，再通过在产品检测面涂抹少量耦合剂的方式进行检测。目前，超声波换能器大都激励出窄频带多周次的超声波脉冲，会增加复合材料表面的检测盲区，导致检测结果的可靠性和效率严重降低。
所述盲区是指在进行超声无损检测时，发射脉冲在激励探头的同时也直接进入接收电路，形成始波，由于发射脉冲电压很高，在短时间内放大器的放大倍数会降低，甚至没有放大作用，这种现象称为阻塞。由于发射脉冲自身有一定宽度，加上放大器的阻塞现象，在靠近始波的一段时间范围内，所要求发现的缺陷往往不能发现，具体到被检试样中，这段时间所对应的由射入面进入试件的深度距离，称为盲区，一般盲区位于材料表面或近表面区。
发明内容
本发明正是针对现有技术存在的问题提供一种手动检测复合材料构件的微盲区聚焦超声探头，其目的是快速地形成稳定的声束角度、焦距、耦合和产生窄的发射超声脉冲宽度，提高了检测的可靠性和效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种手动检测复合材料构件的微盲区聚焦超声探头，其特征在于：该探头包括一个超声换能器(1)和套装在超声换能器(1)上的密封盖(2)，密封盖(2)的一端与超声换能器(1)的外表面接触，该接触位置上设置有用于密封的密封圈(6)，密封盖(2)的另一端敞口的内表面上加工有内螺纹，耦合剂内腔壳体(3)的左端插装在密封盖(2)的敞口端与超声换能器(1)的外表面之间，耦合剂内腔壳体(3)的左端上的外螺纹与密封盖(2)的敞口端上的内螺纹连接，耦合剂内腔壳体(3)的左端上的斜楔(10)与密封圈(6)相抵以密封，耦合剂内腔壳体(3)的右端插装在水距调节支座(4)内并也通过螺纹连接，超声换能器(1)的工作端与筒形的耦合剂内腔壳体(3)的内腔(8)通联，耦合剂内腔壳体(3)的中后部的外表面与水距调节支座(4)的内表面之间存在间隙，在耦合剂内腔壳体(3)的中后部的外表面上设置有包覆耦合剂内腔壳体(3)的中后部的的橡胶水囊(5)，橡胶水囊(5)位于耦合剂内腔壳体(3)的右端的中心点为焦点(9)，在耦合剂内腔壳体(3)的中后部的外表面上沿圆周设置有用于固定橡胶水囊(5)以防止其脱落和密封的弹力胶圈(7)，旋转耦合剂内腔壳体(3)的方向能够使耦合剂内腔壳体(3)前端橡胶水囊(5)的焦点(9)位置发生变化。
本发明技术方案的优点是：
本发明技术方案中设计的水囊能保证超声换能器(1)与复合材料被检件表面之间形成稳定的耦合层，避免超声检测时的水浸或喷水耦合介质对材料的损坏，旋转耦合剂内腔壳体(3)形成的水距调节功能保证了声束焦点准确地定位在复合材料的表面或近表面，检测时水距连续可调，超声换能器(1)激励的超声波脉冲宽度小于1.5个周期，焦点直径小于3mm，中心频率为5～10MHz，该种超声换能器(1)能器保证了超声脉冲的入射分辨力，减小检测盲区。上述内容共同提高了复合材料超声手动检测的可靠性和效率。
附图说明
图1为本发明所述超声探头的外观结构示意图
图2为本发明所述超声探头中的密封盖(2)、耦合剂内腔壳体(3)和水距调节支座(4)的外形及结构示意图
图中，1—超声换能器，2—密封盖，3—耦合剂内腔壳体，4—水距调节支座，5—橡胶水囊，6—密封圈，7—弹力胶圈，8—水耦合剂，9—焦点，10—斜楔
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
参见附图1、图2所示，该种手动检测复合材料构件的微盲区聚焦超声探头，其特征在于：该探头包括一个超声换能器1和套装在超声换能器1上的密封盖2，密封盖2的一端与超声换能器1的外表面接触，该接触位置上设置有用于密封的密封圈6，密封盖2的另一端敞口的内表面上加工有内螺纹，耦合剂内腔壳体3的左端插装在密封盖2的敞口端与超声换能器1的外表面之间，耦合剂内腔壳体3的左端上的外螺纹与密封盖2的敞口端上的内螺纹连接，耦合剂内腔壳体3的左端上的斜楔10与密封圈6相抵以密封，耦合剂内腔壳体3的右端插装在水距调节支座4内并也通过螺纹连接，超声换能器1的工作端与筒形的耦合剂内腔壳体3的内腔8通联，耦合剂内腔壳体3的中后部的外表面与水距调节支座4的内表面之间存在间隙，在耦合剂内腔壳体3的中后部的外表面上设置有包覆耦合剂内腔壳体3的中后部的的橡胶水囊5，橡胶水囊5位于耦合剂内腔壳体3的右端的中心点为焦点9，在耦合剂内腔壳体3的中后部的外表面上沿圆周设置有用于固定橡胶水囊5以防止其脱落和密封的弹力胶圈7，达到耦合剂防漏的效果，旋转耦合剂内腔壳体3的方向能够使耦合剂内腔壳体3前端橡胶水囊5的焦点9位置发生变化，所述耦合剂内腔壳体3与密封圈6接触的端面为斜楔形10，在旋紧耦合剂内腔壳体3和密封盖2时，斜楔会将密封圈6挤压至超声换能器1的外壳，不仅起到密封耦合剂内腔壳体3的作用，同时支撑超声换能器1和耦合剂内腔壳体3，保证超声换能器1和耦合剂内腔壳体3在检测过程中的稳定。
所述超声换能器1选用高声阻尼无电感(非调谐式)点聚焦超声换能传感器，要求有防水功能，保证换能器内部元器件不进水，超声换能器1激励的超声波脉冲宽度小于1.5个周期，焦点直径小于3mm，中心频率为5～10MHz。根据纵向分辨率公式h＝nc/2f(n—超声波脉冲周期数，c—复合材料声速，f—探头频率)，计算得出最佳纵向分辨率h≤0.13mm，保证检测时高纵向分辨率；焦点直径小于3mm，保证检测时高灵敏度和高的横向分辨率。
为了便于探头装配，在所述密封盖2、耦合剂内腔壳体3端部的外表面上均设置有网纹，增加摩擦力。
为保证探头的重量小，便于操作，所述密封盖2、耦合剂内腔壳体3和水距调节支座4均采用有机玻璃加工而成。
本发明所述的超声探头在使用时，所述超声换能器1是超声波激励与接收的元器件，超声波通过耦合剂内腔壳体3的水介质传播且聚焦到探头的顶点，探头的焦点9直接作用在被检件上。
下面说明本发明所述的超声探头的安装调节过程：
步骤一：用弹力胶圈7将橡胶水囊5固定在耦合剂内腔壳体3上；
步骤二：将超声换能器1插入密封盖2中，与耦合剂内腔壳体3一同浸入水中，排出内腔中残留的气泡，将耦合剂内腔壳体3通过细牙螺纹安装在密封盖2上；
步骤三：将水距调节支座4通过细牙螺纹安装在耦合剂内腔壳体3上；通过细牙螺纹调节耦合剂内腔壳体3内的水距，使水距与换能器的焦距相等。
在检测过程中：
利用本所述的超声探头配合使用USN60超声检测仪，对多批次厚度为0.2mm～5mm的CFRP复合材料构件进行检测，取得很好的检测效果。

Claims (3)

1.一种手动检测复合材料构件的微盲区聚焦超声探头，其特征在于：该探头包括一个超声换能器(1)和套装在超声换能器(1)上的密封盖(2)，密封盖(2)的一端与超声换能器(1)的外表面接触，该接触位置上设置有用于密封的密封圈(6)，密封盖(2)的另一端敞口的内表面上加工有内螺纹，耦合剂内腔壳体(3)的左端插装在密封盖(2)的敞口端与超声换能器(1)的外表面之间，耦合剂内腔壳体(3)的左端上的外螺纹与密封盖(2)的敞口端上的内螺纹连接，耦合剂内腔壳体(3)的左端上的斜楔(10)与密封圈(6)相抵以密封，耦合剂内腔壳体(3)的右端插装在水距调节支座(4)内并也通过螺纹连接，超声换能器(1)的工作端与筒形的耦合剂内腔壳体(3)的内腔(8)通联，耦合剂内腔壳体(3)的中后部的外表面与水距调节支座(4)的内表面之间存在间隙，在耦合剂内腔壳体(3)的中后部的外表面上设置有包覆耦合剂内腔壳体(3)的中后部的的橡胶水囊(5)，橡胶水囊(5)位于耦合剂内腔壳体(3)的右端的中心点为焦点(9)，在耦合剂内腔壳体(3)的中后部的外表面上沿圆周设置有用于固定橡胶水囊(5)以防止其脱落和密封的弹力胶圈(7)，旋转耦合剂内腔壳体(3)的方向能够使耦合剂内腔壳体(3)前端橡胶水囊(5)的焦点(9)位置发生变化。
2.根据权利要求1所述的一种手动检测复合材料构件的微盲区聚焦超声探头，其特征在于：超声换能器(1)激励的超声波脉冲宽度小于1.5个周期，焦点直径小于3mm，中心频率为5～10MHz。
3.根据权利要求1所述的一种手动检测复合材料构件的微盲区聚焦超声探头，其特征在于：密封盖(2)、耦合剂内腔壳体(3)和水距调节支座(4)均采用有机玻璃加工而成。
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