CN1161450A

CN1161450A - 阵列式探头

Info

Publication number: CN1161450A
Application number: CN 96114569
Authority: CN
Inventors: 田中洋次
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1996-11-14
Publication date: 1997-10-08

Abstract

一种最适用于对钢板或钢管进行超声波探伤试验用的自动探伤仪的线性驱动型阵列式探头。该阵列式探头具有换能器，其中，在陶瓷基底件的一个面上形成全表面电极，而在陶瓷基底件的反面上以这样的方式形成分裂电极，即每个外分裂电极的宽度都大于每个内分裂电极的宽度。另外，每个分裂电极的水平截面呈平行四边形。

Description

阵列式探头

本发明涉及对钢板和钢管进行超声波探伤用的阵列式探头。

下面参照图3A，3B，3C及3D介绍传统的阵列式探头。图3A是传统阵列式探头的截面图。图3B是表示传统阵列式探头换能器分裂电极的平面图。图3C是传统阵列式探头所形成的波束图案的说明图。图3D是说明传统阵列式探头换能器工作状态的说明图。

在图3A和3B中，标号1表示用作换能器基底的压电基底件(顺便指出，在这种情况下，采用陶瓷基底件作例子)。2表示陶瓷基底件1一侧所设的全表面电极；3a表示陶瓷基底件1另一侧外部或外围的分裂电极；3b表示陶瓷基底件1同一侧内部的分裂电极；4表示抑制换能器振动用的衬垫件；5是用来提高超声波利用效率的声学匹配层；6是外壳。

外壳6呈矩形棱柱体。另外，衬垫件4、陶瓷基底件1、全表面电极2和声学匹配层5中的每一个的水平截面均呈矩形。另外，衬垫件4用含有钨和铁磁体等金属粉末的环氧树脂制成。此外，声学匹配层5由环氧树脂制成。顺便指出，参照字符w1表示每个分裂电极3a和3b的宽度。

在图3C中，标号7表示当电压加在外分裂电极3a和全表面电极2之间时形成的波束图案；8表示当电压加在内分裂电极3b和全表面电极2之间时形成的波束图案。y1是由分别对应于两个内分裂电极3a形成的波束图案8之间的中间部分(亦即，相交部分)引起的回声高度降低量(亦即，以反射的超声波振幅表示)；以及y2是由分别对应于外分裂电极3a和相邻的内分裂电极3b形成的波束图案7和8之间的中间部分(亦即，相交部分)引起的回声高度降低量。

在图3D中，每个画阴影线的区域A是当电压加在内分裂电极3b和全表面电极2之间时被驱动的区域。另外，每个画有散点的区域B是当电压加在外分裂电极3a和全表面电极2之间时被驱动的区域。

在传统的阵列式探头换能器中，如上所述，分裂电极3a和3b都在陶瓷基底件1的一侧形成，其中的每一个在这些电极的排列方向上，都具有相同的宽度w1。另外，抑制换能器自由振动用的衬垫件4设于分裂电极3a和3b中的每一个的表面上，这是超声波发射面的反面。另外，声学匹配层5设在电极的超声波发射面上。这样，换能器就装在外壳6内。

在用这种方式构成的阵列式探头中，当通过时移使分裂电极3a和3b逐个地、彼此独立地工作、并借助于线性激励操作而进行超声波的发射和接收时，当在把电压加在内分裂电极3b和全表面电极2之间时作为声波发射面部分的区域A以这样的方式工作，即，在陶瓷基底件1位于宽度w1方向上分裂电极3bA的两侧边沿的部分和全表面电极2影向下，A区域的全表面电极一侧的部分的宽度大于分裂电极的宽度w1。这样，便形成波束图案8。

与此成对照，当电压加在外分裂电极3a和全表面电极2之间时，区域B的条件与当电压加在内分裂电极3b和全表面电极2之间时区域A的条件不同，这是因为沿着每个外分裂电极3a的边沿之一没有陶瓷基底件1和全表面电极2的这一事实的缘故。就是说，形成的波束7比波束8窄。结果，相邻的波束图案7和8的中间部分(亦即相交部分)所引起的回声高度减少量y2的条件不同于相邻波束图案8之间的中间部分(亦即，相交的部分)所引起的回声高度减少量y1。

如上所述，在传统阵列式探头的情况下，所有的分裂电极3a和3b都具有相同的宽度w1。这样，当电压加在作为阵列的内分裂电极的分裂电极3b和全表面电极2时，区域A受全表面电极2和陶瓷基底件1沿着电极3b两侧边沿的部分的影响。相反，当电压加在作为该阵列的外分裂电极的分裂电极3a和全表面电极2时，从电极2测出的波束图案7的部分，比波束图案8的部分窄，因为陶瓷基底件1和全表面电极2并不出现在电极3a侧边沿之一。因而，传统阵列式探头遇到了这样的问题，即波束宽度对于整个换能器宽度是不够的，因而相邻的波束图案7和8的中间部分(亦即相交部分)引起的回声高度减少量y2大于相邻的波束图案8的中间部分(亦即相交部分)引起的回声高度减少量y1，因而使探伤检测的复演性恶化。

本发明的目标是解决这个问题。

相应地，本发明的目的是提供一种高可靠性的阵列式探头，它能通过实现均匀的波束图案和改善波束图案来改进探伤检测的复演性。

为了达到上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种阵列式探头(下文中有时称作本发明的第一阵列式探头)，它包括：装在外壳内作为换能器基底的压电基底件、在压电基底件的整个第一表面上形成的全表面电极、在压电基底件的第二表面中心部分形成并具有第一电极宽度的第一分裂电极、在压电基底件的第二表面边沿部分形成并具有大于第一电极宽度的第二电极宽度的第二分裂电极。

另外，在本发明第一阵列式探头的一个实施例(下文中有时称作本发明第二阵列式探头)的情况下，在压电换能器第二表面的两个边沿部分分别形成第二分裂电极。

另外，在第一或第二阵列式探头的本发明的一个实施例的情况下，每一个第一和第二分裂电极的水平截面均呈矩形。

另外，在本发明第一和第二阵列式探头的另一个实施例(下文中有时称作本发明第四阵列式探头)的情况下，每一个第一和第二分裂电极的水平截面呈平行四边形。

另外，在本发明第四阵列式探头的一个实施例的情况下，平行四边形的每个锐内角的范围从45度到85度。

参照附图，阅读下面对最佳实施例的描述，本发明的其他特点、目标和优点将会变得更加清楚。在下列附图中，相同的标号表示相同或相应的部分。其中：

图1A是体现本发明的阵列式探头，亦即本发明第一实施例的截面图；

图1B是阵列式探头的分裂电极，亦即本发明第一实施例的平面图；

图1C是表示本发明第一实施例所形成波束图案的说明图；

图2A是体现本发明的另一个阵列式探头，亦即本发明第二实施例的截面图；

图2B是阵列式探头的分裂电极，亦即本发明第二实施例的平面图；

图2C是表示本发明第二实施例所形成波束图案的说明图；

图3A是传统阵列式探头的截面图；

图3B是传统阵列式探头的分裂电极的平面图；

图3C是表示传统阵列式探头所形成波束图案的说明图；

图3D是说明传统阵列式探头换能器工作条件的说明图。

下面将参照附图，详细描述本发明的最佳实施例。

实施例1

参照附图1A，1B和1C介绍体现本发明的阵列式探头，亦即第一实施例(即”实施例1”)。图1A是体现本发明的一种阵列式探头，亦即本发明第一实施例的从平行于阵列式探头、亦即“实施例1”的中心部分的侧面的切割平面所取的截面图。图1B是阵列式探头的分裂电极，亦即本发明”实施例1”的截面图。图1C是表示本发明”实施例1”所形成波束图案的说明图。顺便指出，在这些图中的每一个，相同的标号表示相同的或相应的部件。

在图1A和1B中，参照号1表示用作换能器基底的陶瓷基底件；2表示设于陶瓷基底件1一侧的全表面电极；9a表示设于陶瓷基底件1另一侧的外部的分裂电极；3b表示设于陶瓷基底件1同一侧的内部的分裂电极；4是衬垫件；5是声学匹配层；而6是外壳。

外壳6的外形类似于矩形棱柱体。另外，衬垫件4、陶瓷基底件1、全表面电极2和声学匹配层5中的每一个的水平截面都呈矩形。另外，外壳6用不锈钢或铝等金属制成。另外，衬垫件4用含有少量钨和铁磁体等金属粉末的环氧树脂制成。此外，声学匹配层5由环氧树脂制成。顺便指出，参照字符w1表示每个分裂电极3b的宽度；w2表示每个分裂电极9a的宽度。

在图1C中，标号10表示当电压加在外分裂电极9a和全表面电极2之间时，形成的波束图案。8表示当电压加在内分裂电极3b和全表面电极2之间时，形成的波束图案。

在如上述构成的阵列式探头的情况下，每个外分裂电极9a的宽度w2略大于每个内分裂电极3b的宽度w1。结果，当电压加在分裂电极9a和全表面电极2之间时，声波辐射面的尺寸大体上等于当电压加在分裂电极3b和全表面电极2之间时声波辐射面的尺寸。这样，分别由两侧边沿部分形成的波束图案10的特性，大体上与波束图案8相同。结果，波束图案8和10之间的中间部分(亦即，相交部分)引起的回声高度降低量y1大体上是均匀的。

顺便指出，以这样的方式设置电极，即电极宽度w2为电极宽度w1的1.2倍，在例如超声波的频率为3MHz的条件下，即可使波束图案(分别与此对应的回声高度)均匀化。

实施例2

现参照附图2A，2B和2C介绍体现本发明的另一种阵列式探头，(即”实施例2”)。图2A是体现本发明的另一种阵列式探头，亦即本发明第二实施例的从平行于阵列式探头、亦即”实施例2”中心部分侧面的切割平面所取的截面图。图2B是体现本发明的阵列式探头的分裂电极，亦即本发明”实施例2”的平面图。图2C是表示本发明”实施例2”所形成波束图案的说明图。

在图2A和2B中，标号1表示用作换能器基底的陶瓷基底件(亦即，压电基底件)；2表示设于陶瓷基底件1一侧的全表面电极；11a表示设于陶瓷基底件1另一侧的外部的平行四边形分裂电极，具有较大的宽度(w2)；11b表示设于陶瓷基底件1同一侧的内部的平行四边形分裂电极，具有较小的宽度(w1)；4是衬垫材料；5是声学匹配层；而6是外壳。

外壳6的外形类似于矩形棱柱体。另外，衬垫件4、陶瓷基底件1、全表面电极2和声学匹配层5中的每一个的水平截面均呈矩形。分裂电极11a和11b的水平截面呈平行四边形，另外，外壳6用不锈钢或铝等金属制成。另外，衬垫件4用含有少量钨和铁氧体等金属粉末的环氧树脂制成。此外，声学匹配层5由环氧树脂制成。顺便指出，参照字符w1表示每个分裂电极11b的宽度；w2表示每个分裂电极11a的大于w1的宽度。另外，参照字符θ表示平行四边形分裂电极的锐内角。

在图2C中，标号12a表示当电压加在外分裂电极11a和全表面电极2之间时，形成的波束图案。12b表示当电压加在内分裂电极11b和全表面电极2之间时，形成的波束图案。另外，参照字符y3表示由两个共扼的波束图案之间的中间部分(亦即，相交部分)引起的回声高度降低量。

在如上述构成的阵列式探头的情况下，每个分裂电极11a和11b均呈平行四边形。因而，在分裂电极11a和11b的排列方向上，两个相邻分裂电极11a和11b之间或两个共扼分裂电极11b之间的中间部分(亦即，相交部分)的波束图案12a和12b都有彼此互补的趋势。这样，这种中间部分所引起的回声高度降低量y3就会减小。另外，如果平行四边形分裂电极的每个锐内角的范围从45度到85度，那么，甚至宽度为1mm左右的缺陷也肯定能在分裂电极11a和11b下经过。另外，每一个位于探头两侧边沿部分的平行四边形分裂电极11a的宽度w2，大于每一个位于探头内部的平行四边形分裂电极11b的宽度w1，所以，如”实施例1”所述，在边沿部分形成的波束图案，可以大体上与内部形成的波束图案相同。

顺便指出，以这样的方式设置电极，即电极宽度w2为电极宽度w1的1.2倍，每个平行四边形分裂电极的锐内角的范围为45度或60度，在例如超声波的频率为3MHz的条件下，即可使波束图案(分别与此对应的回声高度)均匀化。

虽然本发明的最佳实施例已如前述，但是应该明白，本发明并不限于此，对于本专业的技术人员来说，显然可以在不脱离本发明的精神的情况下，作出其他修改。

因此，本发明的范围只应由后附的权利要求书确定。

Claims

1.一种阵列式探头，其特征在于它包括：

装于外壳内，起换能器基底作用的压电基底件，

在压电基底件整个第一表面上形成的全表面电极，

在压电基底件第二表面上中心部分形成的第一分裂电极，具有第一电极宽度，以及

在压电基底件第二表面上中心部分形成的第二分裂电极，具有大于第一电极宽度的第二电极宽度。

2.按照权利要求1的阵列式探头，其特征在于，分别在压电换能器的第二表面两侧的边沿部分形成的所述第二分裂电极。

3.按照权利要求2的阵列式探头，其特征在于，所述第一和第二分裂电极中的每一个的水平截面均呈矩形。

4.按照权利要求2的阵列式探头，其特征在于，所述第一和第二分裂电极中的每一个的水平截面均呈平行四边形。

5.按照权利要求4的阵列式探头，其特征在于，其中平行四边形的每个锐内角为从45度到85度。