CN215415231U - 一种超声波水浸聚焦斜探头装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种超声波水浸聚焦斜探头装置，包括壳体（1）、设在壳体（1）内的压电晶片（2）、声透镜（3）、斜楔（4）和吸声材料（6），斜楔（4）内部设有空腔（41），底面为与待测工件外弧面相适应的圆弧面（42），顶面为声透镜（3）的底面，侧面设有注水通道（7）；注水通道（7）的进水口设于壳体（1）外部并具有与之配套使用的密封塞（8）。使用前灌水并密封，使用时只需将斜楔的底部圆弧面与待测工件贴合即可检测，水与声透镜直接接触，既实现了声透镜声速大于水中的声速要求，又不用水与盆式绝缘子直接接触，有效避免了触电事故，安全可靠，检测结束后可排掉水，方便快捷。

Description

一种超声波水浸聚焦斜探头装置

技术领域

本申请涉及无损探伤技术领域，尤其涉及一种超声波水浸聚焦斜探头装置。

背景技术

在盆式绝缘子各种无损检测方法中，射线检测可直观检测内部缺陷，但因现场安装条件限制，射线设备无法100%检测到盆式绝缘子各个部位；声发射检测能够整体探测和评价整个结构中缺陷的状态，但因其对材料的敏感，又收到机电噪声的干扰，对人员现场检测经验有很高的要求。盆式绝缘子超声波衰减大，常规超声波探头检测灵敏度低，信噪比小，很难满足现场检测要求。目前最大的难点在于检测时超声波探头的选择。

目前国内一些企业和科研机构曾采用周向超声检测的曲面线聚焦探头检测容器缺陷，但因检测材料、聚焦深度及现场条件等不同，周向超声检测的曲面线聚焦探头无法满足电力设备检测要求。

目前，常用的透镜式聚焦探头检测分为接触反射式聚焦探头与水浸聚焦探头：接触反射式聚焦探头利用声透镜经过几次发射达到检测目的，因盆式绝缘子材料特殊性，常规反射介质制作工艺复杂，成本较高，因此使用不多；水浸聚焦探头制作简单，探头与工件之间用水作为发射第二介质，水来源广、廉价，使用较多。但是，水浸聚焦探头在使用过程中，需要将待测工件置于水中并且探头也在水中工作,而水与待测工件直接接触，检测电力设备容易发生触电事故，安全性低。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种结构简单、安全性高的超声波水浸聚焦斜探头装置。

为解决上述问题，本申请提供了一种超声波水浸聚焦斜探头装置，包括壳体、设在所述壳体内的压电晶片、声透镜、斜楔和吸声材料，所述斜楔内部设有空腔，底面为与待测工件外弧面相适应的圆弧面，顶面为所述声透镜的底面，侧面设有注水通道；所述注水通道的进水口设于所述壳体外部并具有与之配套使用的密封塞。

优选的，在所述斜楔的顶部，所述声透镜的外边缘与所述斜楔的内边缘密封连接。

优选的，所述斜楔和所述注水通道为一体结构。

优选的，所述斜楔和所述注水通道由有机玻璃制得。

优选的，所述压电晶片由多晶材料PZT-5制得。

优选的，所述声透镜由合成树脂材料制得。

优选的，所述待测工件为盆式绝缘子。

本申请与现有技术相比具有以下优点：

本申请中，斜楔内部中空并设置有注水通道，使用前灌水并密封，使用时只需将斜楔的底部圆弧面与待测工件贴合即可检测，使用时灌水与声透镜直接接触，既实现了声透镜声速大于水中的声速要求（实现声束的聚焦），又不用水与盆式绝缘子直接接触，有效避免了触电事故，安全可靠，检测结束后可排掉水，方便快捷。斜楔底面是与盆式绝缘子外弧面相适应的圆弧面满足现场检测耦合要求，提高了检测灵敏度。在实际应用中可通过理论计算精准确定聚焦深度，满足焦距F<近场区N要求，达到一个很好的聚焦效果。

附图说明

下面结合附图对本申请的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本申请实施例提供的超声波聚焦斜探头装置的结构示意图。

图中：1—壳体，2—压电晶片，3—声透镜，4—斜楔，5—，6—吸声材料，7—注水通道，8—密封塞。41—空腔，42—圆弧面。

具体实施方式

参考图1，本申请实施例提供了一种超声波水浸聚焦斜探头装置，待测工件为盆式绝缘子，包括制有腔体的壳体1、设在壳体1内的压电晶片2、置于压电晶片2前的声透镜3、设于声透镜3前的斜楔4和填充壳体1空隙用的吸声材料6，以及配套的电缆插接件。压电晶片2与电缆连接，用于实现声能转换，发射声束的轴线与工件界面的法线夹角α_L为24.8-35.4度（由公式arcsin（C_L3/C_L4）- arcsin（r´C_L3/RC_S4）导出，详见后文）。

斜楔4内部中空，形成空腔41，底面为与待测工件外弧面相适应的圆弧面42，顶面为声透镜3的底面（空腔内水与声透镜底面直接接触），侧面设有注水通道7。注水通道7贯穿壳体1和吸声材料6，进水口设于壳体1外部并具有与之配套使用的密封塞8。

在斜楔4的顶部，声透镜3的外边缘与斜楔4的内边缘密封连接。为简化结构，可以将斜楔4和注水通道7为一体结构，具体由有机玻璃制得。压电晶片2由多晶材料PZT-5制得，采用2MHz、18×18mm规格。声透镜3由合成树脂材料制得。

使用前，通过注水通道7使斜楔4内部注满水；使用时，斜楔4的圆弧面42与盆式绝缘子的圆弧面贴合，压电晶片2通电后产生超声纵波，该超声纵波经过声透镜3聚焦后射入水中，入射角处于盆式绝缘子的第Ⅰ临界角与第Ⅱ临界角之间。由于声透镜的声速C₁＞水中的声速C₂，平面波入射到凸透镜（对晶片发射的波束来说，是凸透镜）上使其折射波聚焦，该折射聚焦波再入射到声速C₃＞C₂的斜楔4中，其折射波在斜楔4中进一步聚焦；聚焦后的折射波再次入射到声速C₄＞C₃的工件中，折射后的声波再一次聚焦，转变成横波，提高了检测灵敏度。

以下举例说明实际应用中各部件参数选取情况和依据。

近场区由公式N=F_S cosβ/πλ_s cosα计算得出，其中，F_S为波源面积，λ_s为工件中的横波波长，cosβ/ cosα取值为0.68。为更好的达到聚焦效果，焦距F必须选在近场区以内，即F＜N。

焦距由公式F=C₁r/（C₁-C₂）计算得出，其中，r为声透镜的曲率半径，C₁为声透镜声速，C₂为水中声速。

声速为2500m/s左右的合成树脂声透镜，采用声速为2370m/s左右的有机玻璃制作斜楔，水中的声速为1480m/s左右，待测工件盆式绝缘子经实测横波声速为3272m/s左右、纵波声速为5677 m/s左右。

经计算采用半径r为17mm的声透镜满足F＜N要求。

由公式arcsin（C_L3/C_L4）- arcsin（r´C_L3/RC_S4）计算得出的入射角，实现了待测工件中没有折射纵波，只有折射横波，并保证斜楔材料与待测工件较高的超声往复透射率时，使升压转化效率提高。另外，全横波折射获得的波形单一，对缺陷判定相对容易。

其中，C_L3为斜楔中纵波的声速，C_L4为待测工件中纵波的声速，C_S4待测工件中横波的声速，r´为盆式绝缘子密封圈处半径，R为盆式绝缘子外半径。

以上对本申请所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的结构及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种超声波水浸聚焦斜探头装置，包括壳体（1）、设在所述壳体（1）内的压电晶片（2）、声透镜（3）、斜楔（4）和吸声材料（6），其特征在于，所述斜楔（4）内部设有空腔（41），底面为与待测工件外弧面相适应的圆弧面（42），顶面为所述声透镜（3）的底面，侧面设有注水通道（7）；所述注水通道（7）的进水口设于所述壳体（1）外部并具有与之配套使用的密封塞（8）。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述斜楔（4）的顶部，所述声透镜（3）的外边缘与所述斜楔（4）的内边缘密封连接。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述斜楔（4）和所述注水通道（7）为一体结构。

4.如权利要求1或3所述的装置，其特征在于，所述斜楔（4）和所述注水通道（7）由有机玻璃制得。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述压电晶片（2）由多晶材料PZT-5制得。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述声透镜（3）由合成树脂材料制得。

7.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述待测工件为盆式绝缘子。

Images