CN209927781U - 一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头 - Google Patents
一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头，压电晶片之间采用隔声材料隔离，压电晶片的底部通过环氧胶水固化有匹配层材料，压电晶片的顶部通过环氧胶水固化有背衬材料，所述的压电晶片的上表面通过磁控溅射镀有上电极层，压电晶片的下表面通过磁控溅射镀有下电极层，镀有上电极层和下电极层的压电晶片和匹配层材料粘接成叠层结构，叠层结构通过三个方向进行切割，切割时控制厚度，只切穿上电极层和压电晶片，不切穿下电极层，引线从下电极层引出，64个阵元上电极层焊接上64根引线，引线放入到铜管内衬套中，铜管内衬套起到电磁屏蔽功能，所述的引线与同轴电缆连接，护线套安装在同轴电缆的底端。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头，属于螺栓超声无损检测技术领域。
背景技术
高强度螺栓作为工业现场中最为常用的连接件，普遍应用于航空航天、船舶轮机、桥梁建设、化工设备、新能源等领域的关键设备中。由于其具有施工简单、受力性能好，可更换、耐疲劳以及在劳动载荷作用下不致松动等优点，在用于可拆卸零件和传递载荷上有着不可替代的作用，因此成为当前主要的连接、密封方式。螺栓一旦在运行中突然断裂失效，或者在某个关键部件位置发生松脱，将会造成重大的损失甚至灾难性的后果。因此，螺栓的破坏原因及其检测技术成为当前迫在眉睫的研究内容。螺栓失效断裂则是导致机构完整性破坏的又一重要原因。断裂的成因主要有腐蚀、裂纹以及氢脆。螺栓超声波定期检测对于发现螺栓内部缺陷，及时防止螺栓断裂有重要意义。随着超声波相控阵技术的发展，越来越多的复杂零部件可以实现检测，并可以成像，能够直观的评价缺陷的位置、大小。螺栓相控阵超声检测还是刚刚起步，实现螺栓在役无损检测，防止漏检，对缺陷能够定量评价还需要很多努力。
相控阵超声波探头是相控阵检测系统的核心部件，它不仅决定检测信噪比，和检测方案还息息相关。相控阵设备通过时间延迟控制超声探头中不同阵元同时分时工作，这样就可以实现所有阵元发射超声波的相消和相长干涉，从而实现超声波声束方向的改变和会聚，实现螺栓不同部位数据的采集，通过仪器显示出3D成像结果，由于阵元数量较多，如果阵元之间互相耦合影响，就会很大程度的互相干扰，造成信噪比降低，图像分辨率降低，可能漏检。目前用于螺栓超声波相控阵探头，是由64个正方形阵元组成，每个阵元都是是独立工作的压电材料，压电材料的尺寸效应会影响阵元侧向振动的效果，本发明在于设计一种螺栓3D无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头，三角形排列改变了超声波互相耦合的相互影响，从而降低了成像的噪音，提高了超声波检测的效果。
发明内容
针对上述问题，本实用新型要解决的技术问题是提供一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头，通过改变阵元的形状及排列方式，减弱侧向振动给相邻阵元带来的影响，从而提高高强度螺栓检测的信噪比。
本实用新型的一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头，所述的压电晶片之间采用隔声材料隔离，压电晶片的底部通过环氧胶水固化有匹配层材料，压电晶片的顶部通过环氧胶水固化有背衬材料，所述的压电晶片的上表面通过磁控溅射镀有上电极层，压电晶片的下表面通过磁控溅射镀有下电极层，所述的镀有上电极层和下电极层的压电晶片和匹配层材料粘接成叠层结构，叠层结构通过三个方向进行切割，切割时控制厚度，只切穿上电极层和压电晶片，不切穿下电极层，切割后形成三角形阵元排列64个阵元的结构，所述的引线从下电极层引出，所述的64个阵元上电极层焊接上64根引线，所述的引线放入到铜管内衬套中，铜管内衬套起到电磁屏蔽功能，所述的铜管内衬套下面缝隙由502密封，铜管内衬套内倒入事先配好的环氧与颗粒混合浆料，并在45摄氏度固化成型，所述的引线与同轴电缆连接，护线套安装在同轴电缆的底端。
进一步，所述的匹配层材料采用聚合物和填料按照不同填充比来调配，所述的压电晶片为高性能压电陶瓷。
进一步，所述的背衬块材料为含有气孔的高声阻抗高声衰减的复合材料，如在环氧树脂中填入高填充比的钨粉制备背衬，为提高声衰减系数，适当增加基料的柔性，即进行改性处理，通过加入聚硫橡胶的方法实现。
进一步，所述同轴电缆为高屏蔽性的单芯同轴电缆。
本实用新型的有益效果为：本实用新型通过改变阵元的形状及排列方式，减弱侧向振动给相邻阵元带来的影响，从而提高高强度螺栓检测的信噪比。
附图说明
为了易于说明，本实用新型由下述的具体实施及附图作以详细描述。
图1为本实用新型的主视剖面图；
图2为本实用新型的阵元排列图。
图中：1-1匹配层材料；1-2铜管内衬套；1-3外壳；1-4护线套；1-5同轴线缆；1-6引线；1-7背衬材料；1-8压电晶片；1-9隔声材料；1-10上电极层；1-11下电极层；2-1阵元。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本实用新型。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
如图1、图2所示，一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头，所述的压电晶片1-8之间采用隔声材料1-9隔离，压电晶片的底部通过环氧胶水固化有匹配层材料1-1，压电晶片的顶部通过环氧胶水固化有背衬材料1-7，所述的压电晶片1-8的上表面通过磁控溅射镀有上电极层1-10，压电晶片1-8的下表面通过磁控溅射镀有下电极层1-11，所述的镀有上电极层1-10和下电极层1-11的压电晶片1-8和匹配层材料粘接成叠层结构，叠层结构放置在外壳1-3内，叠层结构通过三个方向进行切割，切割时控制厚度，只切穿上电极层1-10和压电晶片1-8，不切穿下电极层1-11，切割后形成三角形阵元排列64个阵元2-1的结构，所述的引线1-6从下电极层1-11引出，所述的64个阵元2-1上电极层1-10焊接上64根引线1-6，所述的引线放入到铜管内衬套1-2中，铜管内衬套1-2起到电磁屏蔽功能，所述的铜管内衬套1-2下面缝隙由502密封，铜管内衬套1-2内倒入事先配好的环氧与颗粒混合浆料，并在45摄氏度固化成型，所述的引线1-6与同轴电缆连接，护线套1-4安装在同轴电缆的底端。
具体地，所述的匹配层材料1-1采用聚合物和填料按照不同填充比来调配，所述的压电晶片1-8为高性能压电陶瓷，所述的背衬块材料1-7为含有气孔的高声阻抗高声衰减的复合材料，如在环氧树脂中填入高填充比的钨粉制备背衬，为提高声衰减系数，适当增加基料的柔性，即进行改性处理，通过加入聚硫橡胶的方法实现，所述同轴电缆1-5为高屏蔽性的单芯同轴电缆。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征、本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (4)
1.一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头，其特征在于:压电晶片之间采用隔声材料隔离，压电晶片的底部通过环氧胶水固化有匹配层材料，压电晶片的顶部通过环氧胶水固化有背衬材料，所述的压电晶片的上表面通过磁控溅射镀有上电极层，压电晶片的下表面通过磁控溅射镀有下电极层，所述的镀有上电极层和下电极层的压电晶片和匹配层材料粘接成叠层结构，叠层结构通过三个方向进行切割，切割时控制厚度，只切穿上电极层和压电晶片，不切穿下电极层，引线从下电极层引出，64个阵元上电极层焊接上64根引线，所述的引线放入到铜管内衬套中，铜管内衬套起到电磁屏蔽功能，所述的引线与同轴电缆连接，护线套安装在同轴电缆的底端。
2.根据权利要求1所述的一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头，其特征在于：所述的压电晶片为高性能压电陶瓷。
3.根据权利要求1所述的一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头，其特征在于：所述的背衬块材料为含有气孔的高声阻抗高声衰减的复合材料。
4.根据权利要求1所述的一种螺栓无损检测用三角形阵元排列的8×8矩阵超声探头，其特征在于：所述同轴电缆为高屏蔽性的单芯同轴电缆。
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