CN107121499B - 一种单晶片和相控阵超声组合探头 - Google Patents

一种单晶片和相控阵超声组合探头 Download PDF

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Abstract

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种单晶片和相控阵超声组合探头。其特征在于：包括中心单晶片探头(1)和环形相控阵探头(2)，环形相控阵探头(2)环绕在中心单晶片探头(1)的外面。本发明提出了一种单晶片和相控阵超声组合探头，克服了超声相控阵检测近表面分辨力差的缺点，使其在具备超声相控阵检测高效、灵活等优点的同时，达到了较高的近表面分辨力。

Description

一种单晶片和相控阵超声组合探头
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，涉及一种单晶片和相控阵超声组合探头。
背景技术
相控阵技术近年来被广泛应用于工业零部件的超声检测。与常规的单晶片超声检测不同，相控阵技术采用具有复数个晶片的相控阵探头进行检测。通过控制每个晶片发射和接收超声波的延迟时间，可以控制超声声束的偏转、聚焦等特定行为。超声相控阵探头的设计基于惠更斯原理。换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列，每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面。同样，在反射波的接收过程中，按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成，再将合成结果以适当形式显示。通过合理设置不同晶片的激发方式(即改变聚焦法则)，一个相控阵探头相当于多个普通探头的组合，通过计算机软件可进行探头参数和特性的动态调整以满足检测的需要。
相控阵探头按其形状和晶片的排列方式可分为线性相控阵探头、环形相控阵探头等。其中环形相控阵探头外形为圆形，其晶片为同心排布的多个圆环，为了使阻抗匹配，每个环的面积相同，环与环之间的间隙相同。工作时按设定好的延时法则顺次激励每个晶片，使发射出的声场汇聚于材料中的指定深度。
相控阵与常规检测技术相比虽然具有很大的优势，但也有一定的不足，其中比较重要的一点就是近表面分辨力较差。受相控阵技术本身原理的限制，环形相控阵探头中每个晶片发射的脉冲经过耦合层(一般为水)到达被检材料表面的时间有先有后，这就使得界面反射信号在时间轴上的宽度较大，表现在超声检测的A扫描信号中，就是材料近表面盲区大。当缺陷位于近表面时，采用相控阵技术就难以发现。一般而言，在Φ0.4mm平底孔当量灵敏度下，常规的聚焦探头可以分辨埋深在1.5mm左右的缺陷，而相控阵技术只能分辨埋深3mm及以上的缺陷。
发明内容
本发明的目的是：提出一种单晶片和相控阵超声组合探头，以克服超声相控阵检测近表面分辨力差的缺点，使其在具备超声相控阵检测高效、灵活等优点的同时，可以达到较高的近表面分辨力。
本发明的技术方案是：一种单晶片和相控阵超声组合探头，其特征在于：包括中心单晶片探头1和环形相控阵探头2，环形相控阵探头2环绕在中心单晶片探头1的外面，在环形相控阵探头2的探测面内有同心排列的环形阵元3，环形阵元3的引线5汇集成相控阵线缆6从环形相控阵探头2的壳体侧面引出，在环形相控阵探头2的壳体中心有一个台阶孔，该台阶孔的下段孔是容纳中心单晶片探头1的光孔，该台阶孔的上段孔是孔径小于下段孔的螺纹孔，在与环形相控阵探头2的探测面相对的连接面中心有带有外螺纹的UHF接头4，在UHF接头4的内部有同轴线插座，该同轴线插座与上述螺纹孔同轴；中心单晶片探头1具有圆柱体外形，在中心单晶片探头1的上表面上固定着一个同轴线插头7，在同轴线插头的外圆柱面上有外螺纹，该外螺纹拧进上述螺纹孔内，同轴线插头7的电连接触点与UHF接头4的内部的同轴线插座的电连接触点连接。
本发明的优点是：提出了一种单晶片和相控阵超声组合探头，克服了超声相控阵检测近表面分辨力差的缺点，使其在具备超声相控阵检测高效、灵活等优点的同时，达到了较高的近表面分辨力。具体说，本发明中心的单晶片点聚焦探头，可以检测近表面的缺陷，外层的环形相控阵探头可以聚焦于材料中不同深度，检测内部缺陷；克服了超声相控阵检测近表面分辨力差的缺点，使其在具备超声相控阵检测高效、灵活等优点的同时，可以达到较高的近表面分辨力。
附图说明
图1为本发明的结构原理示意图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1，一种单晶片和相控阵超声组合探头，其特征在于：包括中心单晶片探头1和环形相控阵探头2，环形相控阵探头2环绕在中心单晶片探头1的外面，在环形相控阵探头2的探测面内有同心排列的环形阵元3，环形阵元3的引线5汇集成相控阵线缆6从环形相控阵探头2的壳体侧面引出，在环形相控阵探头2的壳体中心有一个台阶孔，该台阶孔的下段孔是容纳中心单晶片探头1的光孔，该台阶孔的上段孔是孔径小于下段孔的螺纹孔，在与环形相控阵探头2的探测面相对的连接面中心有带有外螺纹的UHF接头4，在UHF接头4的内部有同轴线插座，该同轴线插座与上述螺纹孔同轴；中心单晶片探头1具有圆柱体外形，在中心单晶片探头1的上表面上固定着一个同轴线插头7，在同轴线插头的外圆柱面上有外螺纹，该外螺纹拧进上述螺纹孔内，同轴线插头7的电连接触点与UHF接头4的内部的同轴线插座的电连接触点连接。
由于检测时通常选择的水程距离为60mm～76mm，而当聚焦探头的焦距与水程距离相同或相近时近表面分辨力最好。所说的中心单晶片探头1为单晶片水浸点聚焦超声探头，中心频率10MHz，水中焦距为60mm～76mm。
所说的环形相控阵探头2的外径为30mm～50mm，中心频率10MHz，环形相控阵探头2中环形阵元3的数量为14个～32个。
本发明的使用方法是：检测时将待检零件和单晶片和相控阵超声组合探头同时浸没于水槽内，单晶片和相控阵超声组合探头位于待检零件正上方，单晶片和相控阵超声组合探头的中心轴线垂直于待检零件上表面，与待检零件表面距离60mm～76mm；将UHF接头4和相控阵线缆6连接至超声检测仪的脉冲发射接收端口，中心单晶片探头1发射的超声波经水耦合进入待检零件并聚焦于表面，若待检零件的近表面存在缺陷则会反映在超声检测仪的显示屏上；环形相控阵探头2发射的超声波经水耦合进入待检零件并聚焦于待检零件内不同深度，若待检零件的内部存在缺陷则会反映在超声检测仪的显示屏上。
实施例
某发动机高压涡轮挡板的检测，采用的中心单晶片探头为水浸点聚焦超声探头，中心频率10MHz，水中焦距为76mm，采用的环形相控阵探头的外径为32mm，中心频率10MHz，环形相控阵探头中环形阵元的数量为14个。
检测时将待检的发动机高压涡轮挡板和单晶片和相控阵超声组合探头同时浸没于水槽内，单晶片和相控阵超声组合探头位于待检零件正上方，单晶片和相控阵超声组合探头的中心轴线垂直于待检零件上表面，与待检零件表面距离60mm；将UHF接头和相控阵线缆连接至超声检测仪的脉冲发射接收端口，中心单晶片探头发射的超声波经水耦合进入待检零件并聚焦于表面，若待检零件的近表面存在缺陷则会反映在超声检测仪的显示屏上；环形相控阵探头发射的超声波经水耦合进入待检零件并聚焦于待检零件内不同深度，若待检零件的内部存在缺陷则会反映在超声检测仪的显示屏上。
本实施例可以有效发现零件表面1mm以内的缺陷，与单独采用相控阵技术相比，近表面分辨力得到极大提高。

Claims (3)

1.一种单晶片和相控阵超声组合探头，其特征在于：包括中心单晶片探头(1)和环形相控阵探头(2)，环形相控阵探头(2)环绕在中心单晶片探头(1)的外面，在环形相控阵探头(2)的探测面内有同心排列的环形阵元(3)，环形阵元(3)的引线(5)汇集成相控阵线缆(6)从环形相控阵探头(2)的壳体侧面引出，在环形相控阵探头(2)的壳体中心有一个台阶孔，该台阶孔的下段孔是容纳中心单晶片探头(1)的光孔，该台阶孔的上段孔是孔径小于下段孔的螺纹孔，在与环形相控阵探头(2)的探测面相对的连接面中心有带有外螺纹的UHF接头(4)，在UHF接头(4)的内部有同轴线插座，该同轴线插座与上述螺纹孔同轴；中心单晶片探头(1)具有圆柱体外形，在中心单晶片探头(1)的上表面上固定着一个同轴线插头(7)，在同轴线插头的外圆柱面上有外螺纹，该外螺纹拧进上述螺纹孔内，同轴线插头(7)的电连接触点与UHF接头(4)的内部的同轴线插座的电连接触点连接。
2.根据权利要求1所述的单晶片和相控阵超声组合探头，其特征在于：所说的中心单晶片探头(1)为单晶片水浸点聚焦超声探头，中心频率10MHz，水中焦距为60mm～76mm。
3.根据权利要求1或2所述的单晶片和相控阵超声组合探头，其特征在于：所说的环形相控阵探头(2)的外径为30mm～50mm，中心频率10MHz，环形相控阵探头(2)中环形阵元(3)的数量为14个～32个。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110274953B (zh) * 2018-03-15 2021-09-24 中国科学院金属研究所 一种无端部盲区小直径丝棒管材超声检测器
CN108324090A (zh) * 2018-04-16 2018-07-27 广东天际电器股份有限公司 一种同轴多功能探测的炖煮装置
CN111220713B (zh) * 2020-04-07 2024-03-29 国家能源集团科学技术研究院有限公司 在役风电螺栓的缺陷和应力智能监督检测系统及方法
CN111595941A (zh) * 2020-05-27 2020-08-28 重庆大学 一种基于无线通信与大数据的超声波混凝土劣化检测仪
CN111665294A (zh) * 2020-07-02 2020-09-15 上海宝冶工程技术有限公司 基于相控矩阵超声的雪车雪橇赛道密实度检测方法
CN112179992A (zh) * 2020-09-25 2021-01-05 广州多浦乐电子科技股份有限公司 中心自聚焦圆环阵探头

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1103449C (zh) * 1998-10-23 2003-03-19 李钢 钢轨超声探轮和探伤装置
CN101358949B (zh) * 2007-07-31 2011-12-21 宝山钢铁股份有限公司 一种组合式超声波探头
CN201298029Y (zh) * 2008-09-25 2009-08-26 中材科技（苏州）有限公司 超声波探伤装置
CN201464423U (zh) * 2009-03-13 2010-05-12 武汉中科创新技术股份有限公司 便携式多通道超声波衍射时差法检测装置
CN101712027B (zh) * 2009-11-05 2012-02-01 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 由平面圆片元件组成的中心对称相控聚焦阵换能器
CN101828960B (zh) * 2010-05-07 2012-02-01 上海交通大学 阵元呈环形密集分布的高强度聚焦超声球面相控阵

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