CN113960157A - 一种双模检测装置及制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种双模检测装置及制备方法，其中装置包括外壳、压电陶瓷、金属线圈、匹配层、背衬层以及导线；压电陶瓷、匹配层以及背衬层安装于外壳中；压电陶瓷用于超声检测；金属线圈埋设于压电陶瓷中，用于涡流检测；导线第一端与金属线圈连接，第二端穿出外壳；压电陶瓷、金属线圈、匹配层以及背衬层基于3D打印技术制备而成。能够满足不同检测环境的应用需求，适用性更好，还能通过多种检测结果的相互比对，剔除干扰信息从而获得准确的缺陷信息。而且，整体检测灵敏度高，对各种金属材料及碳‑碳复合和金属基复合材料工件表面及近表面的缺陷有很高的检测灵敏度，且可检测厚度大，易于实现高速、高效率的自动化检测。另外，加工制备方便。

Description

一种双模检测装置及制备方法

技术领域

本申请涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种双模检测装置及制备方法。

背景技术

超声检测(UT)、涡流检测(ET)都属于无损检测，利用超声波对工件进行缺陷检测的一种无损检测方法。超声检测的优势有穿透力强、定位准确、灵敏度高、成本低、对人体和环境无害等，但它对表面缺陷不敏感，对复杂、不规则外形的工件检测困难。涡流检测优越性主要包括非接触式、无需耦合剂、能进行高温探伤、对微小裂纹及其他缺陷敏感、表面及近表面缺陷检测速度快以及灵敏度高。但由于集肤效应的影响，涡流检测受限于对表面或近表面缺陷的检测。它还受到工件的限制，只能对导电材料进行检测。可以知道，无论是超声检测还是涡流检测，都存在一定的应用局限性，且检测准确性不高。

发明内容

有鉴于此，本申请的第一目的是提供一种双模检测装置及制备方法，适用性更好且检测得到的缺陷信息更加准确。

第二目的是提供一种双模检测装置制备方法。

为达到上述技术目的，本申请提供了一种双模检测装置，包括外壳、压电陶瓷、金属线圈、匹配层、背衬层以及导线；

所述压电陶瓷、所述匹配层以及所述背衬层安装于所述外壳中；

所述压电陶瓷用于超声检测；

所述金属线圈埋设于所述压电陶瓷中，用于涡流检测；

所述导线第一端与所述金属线圈连接，第二端穿出所述外壳；

所述压电陶瓷、金属线圈、匹配层以及背衬层基于3D打印技术制备而成。

进一步地，所述匹配层、所述压电陶瓷以及所述背衬层呈自上而下逐层分布；

所述压电陶瓷的第一端面与所述匹配层连接，第二端面与所述背衬层连接。

进一步地，所述背衬层为多孔陶瓷背衬层、泡沫陶瓷背衬层、蜂窝陶瓷背衬层、多孔金属板背衬层，铝纤维背衬层以及泡沫铝背衬层中的一种。

进一步地，所述压电陶瓷为多个。

进一步地，多个所述压电陶瓷在水平方向上呈阵列分布。

进一步地，所述压电陶瓷呈凸状结构或凹状结构。

进一步地，各个所述压电陶瓷内均埋设有多个所述金属线圈。

进一步地，多个所述金属线圈在水平方向上呈阵列分布。

进一步地，所述金属线圈呈矩体结构、球体结构或椭圆体结构。

本申请还公开一种双模检测装置制备方法，用于制备所述的双模检测装置，包括：

通过3D打印设备逐层将匹配层粉体喷涂到平台上并进行烧结，直至匹配层打印完成；

通过3D打印设备逐层将压电陶瓷粉体和金属粉体喷涂到打印好的匹配层上并进行烧结，直至压电陶瓷以及金属线圈打印完成；

通过3D打印设备逐层将背衬层粉体喷涂到打印好的压电陶瓷上并进行烧结，直至背衬层打印完成；

将金属线圈连接导线；

将连接导线后的成品安装外壳。

从以上技术方案可以看出，本申请提供的双模检测装置，将用于涡流检测的金属线圈埋设于用于超声检测的压电陶瓷中，实现超声检测功能与涡流检测功能的融合，使得装置的检测方式多样化，能够满足不同检测环境的应用需求，适用性更好，还能通过多种检测结果的相互比对，剔除干扰信息从而获得准确的缺陷信息。而且，整体检测灵敏度高，对各种金属材料及碳-碳复合和金属基复合材料工件表面及近表面的缺陷有很高的检测灵敏度，且可检测厚度大，易于实现高速、高效率的自动化检测。另外，将压电陶瓷、金属线圈、匹配层以及背衬层均设计为可基于3D打印技术制备而成，这样使得装置整体的加工更加便利。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请中提供的一种双模检测装置的结构示意图；

图2为本申请中提供的一种双模检测装置的检测状态示意图；

图3为本申请中提供的一种双模检测装置制备方法的流程框图；

图中：1、压电陶瓷；2、金属线圈；3、匹配层；4、背衬层；5、导线；6、外壳；7、被测件。

具体实施方式

下面将结合附图对本申请实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请实施例中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请实施例保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可更换连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

本申请实施例公开了一种双模检测装置及制备方法。

请参阅图1以及图2，本申请实施例中提供的一种双模检测装置及制备方法的一个实施例包括：

外壳6、压电陶瓷1、金属线圈2、匹配层3、背衬层4以及导线5；其中外壳6结构可以参考现有的检测头壳体结构进行设计，可以根据实际需要进行适当的调整变换，不做赘述。

压电陶瓷1、匹配层3以及背衬层4安装于外壳6中。其中，压电陶瓷1用于超声检测。为了保证超声检测与涡流检测较好的融合，本申请将用于涡流检测的金属线圈2埋设于压电陶瓷1中。而且这一结合方式，就首尾两端的涡流超声信息都可以准确获取，同时也利于金属线圈2获取涡流信号。导线5第一端与金属线圈2连接，第二端穿出外壳6。

压电陶瓷1、金属线圈2、匹配层3以及背衬层4基于3D打印技术制备而成。

本申请装置的工作过程例如下：

当该探头用于检测管、棒、线材等材料的被测件7时，外界电场激发压电陶瓷1产生超声信号进入上述材料并在其中传播，遇到缺陷后,部分回波信号返回并被装置接收，装置将其转变为电脉冲，经后续对电脉冲的处理，通过对电脉冲的幅值、时间等信息进行分析便可测定缺陷的位置和大致尺寸。

当金属线圈2通交流电，金属线圈2周围产生交变的初级磁场，当靠近被测件7时，被测件7内感生出交变电流—涡流，涡流在该被测件7及其周围产生次级磁场，而次级磁场又可在金属线圈2内产生感应电流，当被测件7表面有缺陷的时，会使涡流的流动产生畸变而影响次级磁场，影响金属线圈2中感应电流的变化，因此，通过感应电流可判定导体性质、状态。

从以上技术方案可以看出，本申请提供的双模检测装置，将用于涡流检测的金属线圈2埋设于用于超声检测的压电陶瓷1中，实现超声检测功能与涡流检测功能的融合，使得装置的检测方式多样化，能够满足不同检测环境的应用需求，适用性更好，还能通过多种检测结果的相互比对，剔除干扰信息从而获得准确的缺陷信息。而且，整体检测灵敏度高，对各种金属材料及碳-碳复合和金属基复合材料工件表面及近表面的缺陷有很高的检测灵敏度，可探测厚度大，易于实现高速、高效率的自动化检测。另外，将压电陶瓷1、金属线圈2、匹配层3以及背衬层4均设计为可基于3D打印技术制备而成，这样使得装置整体的加工更加便利。

以上为本申请实施例提供的一种双模检测装置及制备方法的实施例一，以下为本申请实施例提供的一种双模检测装置及制备方法的实施例二，具体请参阅图1至图2。

基于上述实施例一的方案：

进一步地，匹配层3、压电陶瓷1以及背衬层4呈自上而下逐层分布；其中，压电陶瓷1的第一端面与匹配层3连接，第二端面与背衬层4连接。这一垂直结构分布可以使得在获取被测件7边缘信息方面更为准确，而且整体集成度更高。

本申请中，就背衬层4来说，可以为多孔陶瓷背衬层、泡沫陶瓷背衬层、蜂窝陶瓷背衬层、多孔金属板背衬层，铝纤维背衬层以及泡沫铝背衬层中的一种，具体不做限制。而匹配层3可以为具有声阻抗匹配功能的陶瓷或金属材料层，具体也不做限制。

进一步地，为了更好地提高检测精度，压电陶瓷1为多个，每个压电陶瓷1内均埋设有金属线圈2。具体的，多个压电陶瓷1在水平方向上可以呈阵列分布，其阵列类型可以根据实际需要而定。另外，压电陶瓷1的结构可以是凸状结构或凹状结构以满足实际应用场景需要，具体不做限制。

进一步地，各个压电陶瓷1内均可以埋设有多个金属线圈2。具体的，多个金属线圈2在水平方向上呈阵列分布；例如，多个线圈呈矩形阵列分布、环形阵列分布或扁平形阵列分布，当然不仅仅局限于这些阵列情况，本领域技术人员可以在此基础上做适当的变换选择，具体不做限制。另外，金属线圈2结构可以是矩体结构、球体结构或椭圆体结构。

进一步地，为了减轻装置整体的重量，装置也可以采用镂空结构设计，这一镂空设计具体可以是在外壳6上，具体不做限制。

如图3所示，本申请还公开了一种双模检测装置制备方法，用于制备上述的双模检测装置，包括：

S1，通过3D打印设备逐层将匹配层粉体喷涂到平台上并进行烧结，直至匹配层打印完成。需要说明的是，3D打印设备根据设计模型逐层将匹配层粉体喷涂到平台上后利用激光对粉体进行烧结，烧结后平台移动预设距离，其中以整体结构为垂直分布为例，平台的移动为竖向移动，也即是下降移动。重复上述这一过程，直至匹配层打印完成。

S2，通过3D打印设备逐层将压电陶瓷粉体和金属粉体喷涂到打印好的匹配层上并进行烧结，直至压电陶瓷以及金属线圈打印完成。需要说明的是，由于金属线圈与压电陶瓷之间的配合关系是埋设配合，因此，同时进行压电陶瓷与金属线圈的打印。此时3D打印设备可以切换至对应的两个喷嘴进行喷涂，根据设计模型，逐层将压电陶瓷粉体和金属粉体喷涂到S1打印好的匹配层上，再用激光对喷涂的粉体进行烧结，烧结后平台移动预设距离。重复上述这一过程，直至压电陶瓷以及金属线圈打印完成。另外，为了方便后续的导线连接，金属线圈的打印应该保留外漏且可以连接导线的接线端。

S3，通过3D打印设备逐层将背衬层粉体喷涂到打印好的压电陶瓷上并进行烧结，直至背衬层打印完成。需要说明的是，步骤S3中的打印过程与S1以及S2相同，不再赘述。

S1～S3的打印制备过程中，激光烧结工序中，激光的功率根据不同材料的烧结温度进行适应性变化控制。

S4，将金属线圈连接导线。需要说明的是，连接导线可以是在步骤S2完成后即进行，连接好导线后再进行继续后续打印。当然，亦可是在完成所有打印后再进行导线连接，具体不做限制。

S5，将连接导线后的成品安装外壳。

以上对本申请所提供的一种双模检测装置及制备方法进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本申请实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种双模检测装置，其特征在于，包括外壳、压电陶瓷、金属线圈、匹配层、背衬层以及导线；

所述压电陶瓷、所述匹配层以及所述背衬层安装于所述外壳中；

所述压电陶瓷用于超声检测；

所述金属线圈埋设于所述压电陶瓷中，用于涡流检测；

所述导线第一端与所述金属线圈连接，第二端穿出所述外壳；

所述压电陶瓷、金属线圈、匹配层以及背衬层基于3D打印技术制备而成。

2.根据权利要求1所述的一种双模检测装置，其特征在于，所述匹配层、所述压电陶瓷以及所述背衬层呈自上而下逐层分布；

所述压电陶瓷的第一端面与所述匹配层连接，第二端面与所述背衬层连接。

3.根据权利要求1所述的一种双模检测装置，其特征在于，所述背衬层为多孔陶瓷背衬层、泡沫陶瓷背衬层、蜂窝陶瓷背衬层、多孔金属板背衬层，铝纤维背衬层以及泡沫铝背衬层中的一种。

4.根据权利要求1所述的一种双模检测装置，其特征在于，所述压电陶瓷为多个。

5.根据权利要求4所述的一种双模检测装置，其特征在于，多个所述压电陶瓷在水平方向上呈阵列分布。

6.根据权利要求1所述的一种双模检测装置，其特征在于，所述压电陶瓷呈凸状结构或凹状结构。

7.根据权利要求4所述的一种双模检测装置，其特征在于，各个所述压电陶瓷内均埋设有多个所述金属线圈。

8.根据权利要求7所述的一种双模检测装置，其特征在于，多个所述金属线圈在水平方向上呈阵列分布。

9.根据权利要求1所述的一种双模检测装置，其特征在于，所述金属线圈呈矩体结构、球体结构或椭圆体结构。

10.一种双模检测装置制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1所述的双模检测装置，包括：

通过3D打印设备逐层将匹配层粉体喷涂到平台上并进行烧结，直至匹配层打印完成；

通过3D打印设备逐层将压电陶瓷粉体和金属粉体喷涂到打印好的匹配层上并进行烧结，直至压电陶瓷以及金属线圈打印完成；

通过3D打印设备逐层将背衬层粉体喷涂到打印好的压电陶瓷上并进行烧结，直至背衬层打印完成；

将金属线圈连接导线；

将连接导线后的成品安装外壳。

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