CN204389449U - 相控阵超声导波探头 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种相控阵超声导波探头，包括相控阵超声探头和超声导波楔块；超声导波楔块具有底面、斜面、竖直侧面；竖直侧面上开设有斜向矩形槽，斜向矩形槽的两端分别延伸至底面和斜面上；相控阵超声探头包括探头本体和阵列晶片，阵列晶片包括多个条状矩形晶片；相控阵超声探头与超声导波楔块之间通过耦合剂紧密结合，条状矩形晶片沿斜向矩形槽的深度方向排列在斜面上；斜向矩形槽的深度至少跨过8个条状矩形晶片。由于采用超声导波楔块以及阵列晶片进行大面积检测，提高检测效率，检测区域边缘重叠覆盖，检测结果更加准确；通过开设斜向矩形槽，产生相配合的耦合监控信号和检测信号，对薄板工件的缺陷进行判断，提高检测结果的准确性。

Description

相控阵超声导波探头

技术领域

本实用新型涉及一种超声检测探头，尤其涉及一种用于薄板工件检测的相控阵超声导波探头。

背景技术

对于薄板工件，采用横波斜入射一次波及二次波探伤，或者纵波垂直入射探伤等传统的超声波探伤方法是很困难的，而超声导波却非常适合薄板工件的大面积快速检测，超声导波的产生机理是超声波在空间有限的介质内多次往复反射并进一步产生复杂的叠加干涉以及几何弥散形成的。

进行导波检测的关键部件超声导波探头，传统的超声导波探头为单晶片探头结构，由单晶片探头产生一束导波，检测的覆盖范围是一条声束线，通过移动单晶片探头实现面积的覆盖，无法同时观测一定面积的扫查图像；或者是采用环状多晶片探头，探头全部晶片同时激励产生多束导波，对一定面积范围内进行检测，但该应用主要用于管道检测，同时该检测一般不采用相控阵聚焦的方式。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种相控阵超声导波探头，这种相控阵超声导波探头能够更准确检测薄板工件的缺陷，而且检测效率更高。采用的技术方案如下：

相控阵超声导波探头，其特征是：包括相控阵超声探头和超声导波楔块；超声导波楔块具有底面、与底面相对的斜面，以及与底面、斜面相邻的竖直侧面；竖直侧面上开设有斜向矩形槽，斜向矩形槽的两端分别延伸至底面和斜面上；相控阵超声探头包括探头本体和阵列晶片，阵列晶片包括多个条状矩形晶片；相控阵超声探头安装在超声导波楔块的斜面上，相控阵超声探头与超声导波楔块之间通过耦合剂紧密结合，相控阵超声探头中的阵列晶片沿斜向矩形槽的深度方向排列在斜面上，并且各个条状矩形晶片均处于斜向矩形槽的下方；斜向矩形槽的深度至少跨过8个条状矩形晶片的中心声束。

上述相控阵超声探头的阵列晶片由复合材料制成，用机械方法切割成多个条状矩形晶片，每个条状矩形晶片可单独激发，阵列晶片形式为线性阵列。

从斜向矩形槽的一侧开始，对各个条状矩形晶片进行编号，例如，按顺序1、2、3、……、64进行排序；假设斜向矩形槽的深度跨过N个条状矩形晶片，采用相控阵方式激励相控阵超声导波探头时，第1次激励的晶片为序号1至N，第2次为2至N+1，第3次为3至N+2，……，每次激励均采用相同的聚焦法则，第1次至第N次激励产生的超声波经斜向矩形槽反射后垂直入射薄板工件，经薄板工件底面反射后作为耦合监控信号，耦合监控信号用于超声探头的耦合情况监控，而第N+1次至最后一次激励产生的超声导波经楔块直接入射薄板工件，没有经过斜向矩形槽反射的作为检测信号，这些检测信号用于判断薄板工件是否存在缺陷。由于采用超声导波楔块以及阵列晶片进行大面积检测，一方面大量减少相控阵超声导波探头在薄板工件表面上的移动次数，大幅度提高了检测效率，而且检测区域边缘的重叠覆盖，避免了缺陷的漏检测，使得检测结果更加准确；另外，通过在超声导波楔块的竖直侧面上开设斜向矩形槽，经斜向矩形槽反射后的信号作为耦合监控信号，没有经斜向矩形槽反射的检测信号，作为薄板工件是否有缺陷的判定信号，耦合监控信号与检测信号相配合对薄板工件的缺陷进行判断，进一步提高检测结果的准确性。

作为本实用新型的优选方案，所述阵列晶片中条状矩形晶片的数量为64个。

作为本实用新型的优选方案，所述条状矩形晶片的频率为5MHz。

作为本实用新型的优选方案，所述斜向矩形槽的长度方向与所述底面的夹角β为：β=90°-0.5α，其中α为超声波束在超声导波楔块内的入射角。斜向矩形槽与底面的夹角根据Snell定律进行确定，即是，斜向矩形槽的长度方向与底面的夹角β为：β=90°-0.5α，其中α为超声波束在超声导波楔块内的入射角，使得超声波的声束入射到斜向矩形槽反射之后垂直入射进入薄板工件，

作为本实用新型的优选方案，所述超声导波楔块的斜面上开设有四个安装定位孔，所述探头本体通过四个螺钉安装在超声导波楔块上。

作为本实用新型的优选方案，所述阵列晶片中各个条状矩形晶片之间的间距为0.6mm。

作为本实用新型进一步的优选方案，所述超声导波楔块的斜向矩形槽的深度为5mm，斜向矩形槽的深度跨过8个条状矩形晶片的中心声束。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点：

由于采用超声导波楔块以及阵列晶片进行大面积检测，一方面大量减少相控阵超声导波探头在薄板工件表面上的移动次数，大幅度提高了检测效率，而且检测区域边缘的重叠覆盖，避免了缺陷的漏检测，使得检测结果更加准确；另外，通过在超声导波楔块的竖直侧面上开设斜向矩形槽，经斜向矩形槽反射后的信号作为耦合监控信号，没有经斜向矩形槽反射的作为判断薄板工件是否存在缺陷的检测信号，耦合监控信号与检测信号相配合对薄板工件的缺陷进行判断，进一步提高检测结果的准确性。

附图说明

图1是本实用新型优选实施方式的结构示意图；

图2是阵列晶片在超声导波楔块上布置的示意图；

图3是超声波经斜向矩形槽反射后垂直入射进入薄板工件的示意图；

图4是阵列晶片中各个条状矩形晶片的排序示意图。

具体实施方式

下面结合附图和本实用新型的优选实施方式做进一步的说明。

如图1、图2和图3所示，这种相控阵超声导波探头，包括相控阵超声探头1和超声导波楔块2；超声导波楔块2具有底面3、与底面4相对的斜面4，以及与底面3、斜面4相邻的竖直侧面5；竖直侧面5上开设有斜向矩形槽6，斜向矩形槽6的两端分别延伸至底面3和斜面4上，斜向矩形槽6的长度方向与底面的夹角β为：β=90°-0.5α，其中α为超声波束在超声导波楔块2内的入射角；相控阵超声探头1包括探头本体101和阵列晶片102，阵列晶片102包括64个条状矩形晶片1021；超声导波楔块2的斜面4上开设有四个安装定位孔7，相控阵超声探头1的探头本体101通过四个螺钉8安装在超声导波楔块2上，探头本体101的检测面通过耦合剂与阵列晶片102紧密贴合；64个条状矩形晶片1021沿斜向矩形槽6的深度方向排列在斜面4上，并且各个条状矩形晶片1021均处于斜向矩形槽6的下方，条状矩形晶片1021的频率为5MHz，各个条状矩形晶片1021之间的间距为0.6mm；超声导波楔块2的斜向矩形槽6的深度为5mm，斜向矩形槽6的深度跨过8个条状矩形晶片1021的中心声束。

如图4所示，从斜向矩形槽6的一侧开始，对各个条状矩形晶片1021进行编号，按顺序1、2、3、……、64进行排序；斜向矩形槽6的深度跨过8个条状矩形晶片1021，采用相控阵方式激励相控阵超声导波探头时，第1次激励的晶片为序号1至8，第2次为2至9，第3次为3至10，……，第57次为57至64，每次激励均采用相同的聚焦法则，如图3所示，第1次至第8次激励产生的超声波经斜向矩形槽6反射后垂直入射薄板工件9，经薄板工件9底面反射后作为耦合监控信号，耦合监控信号用于超声探头1的耦合情况监控，而第9次至57次（最后一次）激励产生的超声导波经楔块2直接入射薄板工件9，没有经过斜向矩形槽6反射，作为检测信号，这些检测信号用于判断薄板工件9是否存在缺陷。由于采用超声导波楔块2以及阵列晶片102进行大面积检测，一方面大量减少相控阵超声导波探头在薄板工件9表面上的移动次数，大幅度提高了检测效率，而且检测区域边缘的重叠覆盖，避免了缺陷的漏检测，使得检测结果更加准确；另外，通过在超声导波楔块2的竖直侧面5上开设斜向矩形槽6，经斜向矩形槽6反射后的信号作为耦合监控信号，没有经斜向矩形槽6反射的检测信号，作为薄板工件9是否有缺陷的判定信号，耦合监控信号与检测信号相配合对薄板工件9的缺陷进行判断，进一步提高检测结果的准确性。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本实用新型专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本实用新型专利的保护范围内。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.相控阵超声导波探头，其特征是：包括相控阵超声探头和超声导波楔块；超声导波楔块具有底面、与底面相对的斜面，以及与底面、斜面相邻的竖直侧面；竖直侧面上开设有斜向矩形槽，斜向矩形槽的两端分别延伸至底面和斜面上；相控阵超声探头包括探头本体和阵列晶片，阵列晶片包括多个条状矩形晶片；相控阵超声探头安装在超声导波楔块的斜面上，相控阵超声探头与超声导波楔块之间通过耦合剂紧密结合，相控阵超声探头中的阵列晶片沿斜向矩形槽的深度方向排列在斜面上，并且各个条状矩形晶片均处于斜向矩形槽的下方；斜向矩形槽的深度至少跨过8个条状矩形晶片的中心声束。

2.如权利要求1所述的相控阵超声导波探头，其特征是：所述阵列晶片中条状矩形晶片的数量为64个。

3.如权利要求1所述的相控阵超声导波探头，其特征是：所述条状矩形晶片的频率为5MHz。

4.如权利要求1所述的相控阵超声导波探头，其特征是：所述斜向矩形槽的长度方向与所述底面的夹角β为：β=90°-0.5α，其中α为超声波束在超声导波楔块内的入射角。

5.如权利要求1所述的相控阵超声导波探头，其特征是：所述超声导波楔块的斜面上开设有四个安装定位孔，所述探头本体通过四个螺钉安装在超声导波楔块上。

6.如权利要求1所述的相控阵超声导波探头，其特征是：所述阵列晶片中各个条状矩形晶片之间的间距为0.6mm。

7.如权利要求6所述的相控阵超声导波探头，其特征是：所述超声导波楔块的斜向矩形槽的深度为5mm，斜向矩形槽的深度跨过8个条状矩形晶片的中心声束。