一種超聲波干耦合探頭裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及利用超聲波、聲波或次聲波來(lái)測(cè)試或分析材料，靠發(fā)射聲波或聲波通過(guò)物體得到物體內(nèi)部的影像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種超聲波干耦合探頭裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波檢測(cè)方法按是否需要耦合劑分為濕耦合和干耦合兩種方法。采用濕耦合檢測(cè)方法，需要在超聲波探頭和被檢物體表面之間涂一層液體耦合劑。濕耦合檢測(cè)方法由于超聲波耦合效果好，能量損失小，具有較高的檢測(cè)靈敏度，但被檢測(cè)試件需要涂抹耦合劑，對(duì)于一些表面不允許浸染液體的產(chǎn)品則不能使用濕耦合方法檢測(cè)，只能選用干耦合。目前，國(guó)內(nèi)的干耦合檢測(cè)方法主要在普通的超聲波探頭與被檢測(cè)物體表面之間增加一層軟橡膠層，通過(guò)施加一定的壓力使探頭與被檢測(cè)物體表面緊密貼合，以此實(shí)現(xiàn)干耦合。這種方法的主要缺點(diǎn)是超聲波在橡膠層中能量衰減很大，接收靈敏度較低，耦合壓力變化對(duì)于檢測(cè)結(jié)果影響很大。使用這種方法檢測(cè)時(shí)一般需要兩個(gè)超聲波探頭，一個(gè)用于發(fā)射超聲波，另一個(gè)用于接收超聲波，檢測(cè)時(shí)將被檢測(cè)物體置于兩個(gè)探頭之間，發(fā)射探頭從被檢測(cè)物體的一側(cè)發(fā)射超聲波，超聲波穿過(guò)物體后被另一側(cè)的探頭接收。因此這種干耦合檢測(cè)方法要求被檢測(cè)物體兩側(cè)具有可達(dá)性，屬于雙面檢測(cè)(或透射檢測(cè))。顯然，對(duì)于那些只能單面可達(dá)的結(jié)構(gòu)(如密閉結(jié)構(gòu)，其內(nèi)表面無(wú)法到達(dá))，無(wú)法采用這種干耦合方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型旨在針對(duì)不適于涂抹耦合劑而又需要單面檢測(cè)的物體提出一種超聲波干耦合探頭裝置。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案在于:
[0005]一種超聲波干耦合探頭裝置，包括設(shè)有兩個(gè)電纜接頭的探頭工裝以及安裝在探頭工裝上的兩個(gè)探頭，兩個(gè)電纜接頭與兩個(gè)探頭電相連；所述的探頭由殼體以及與通過(guò)殼體組裝在一起的三疊片壓電振子和變幅桿組成；殼體內(nèi)設(shè)有一階梯狀通孔，其通孔上端內(nèi)從下向上依次設(shè)有三疊片壓電振子以及鎖緊裝置；通孔下部設(shè)置一變幅桿，變幅桿一端與三疊片壓電振子接觸連接，另一端伸出通孔。
[0006]所述的鎖緊裝置由壓環(huán)、壓緊螺母以及鎖緊螺母組成；其中，三疊片壓電振子、與壓環(huán)、壓緊螺母依次接觸連接，壓緊螺母與鎖緊螺母螺紋連接。
[0007]所述的三疊片壓電振子由并聯(lián)的兩片壓電晶片以及夾在之間的金屬片相互粘接而成，壓電晶片與金屬片為直徑相同的圓片，兩片壓電晶片上分別連接有電纜，兩根電纜與電纜接頭分別相連。
[0008]所述的探頭工裝由基座、頂蓋以及電纜接頭組成；基座上設(shè)有兩個(gè)內(nèi)徑與殼體尺寸相匹配的孔，探頭固定于該孔內(nèi)。
[0009]所述的探頭工裝基座為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，基座底面設(shè)有4個(gè)支腳。
[0010]本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于:
[0011]本實(shí)用新型采用三疊片壓電振子和變幅桿設(shè)計(jì)，有效減小了壓電振子和被檢測(cè)物體之間傳播時(shí)的能量損失，能提高接收靈敏度。設(shè)計(jì)的壓力調(diào)節(jié)裝置可根據(jù)不同的檢測(cè)對(duì)象調(diào)節(jié)耦合壓力大小，并維持最佳耦合壓力，確保檢測(cè)結(jié)果不受耦合壓力變化影響。探頭工裝保證了發(fā)射探頭和接收探頭之間的相對(duì)位置不變，且處于同一平面內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體的單面檢測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1三疊片壓電振子結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖3探頭工裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]其中，1-壓電晶片，2-金屬片，3-電纜，4-三疊片壓電振子，5-殼體，6-絕緣卡環(huán)，7-橡膠圈，8-壓環(huán)，9-鎖緊螺母，10-壓緊螺母，11-電纜接頭，12-變幅桿，13-頂蓋，14-基座，15-彈簧，16-壓力調(diào)節(jié)螺桿，17-壓塊。
【具體實(shí)施方式】
[0016]實(shí)施例1
[0017]三疊片壓電振子4由并聯(lián)的兩片壓電晶片I以及夾在之間的金屬片2相互粘接而成，壓電晶片I上分別連接有電纜3，如圖1所示。金屬片2材料為鋁，厚0.4mm，直徑1mm ;壓電晶片I材料為PZT壓電陶瓷，厚0.4mm，直徑1mm;鋁片和壓電晶片I之間通過(guò)導(dǎo)電膠粘劑粘接在一起；壓電晶片I的電路連接方式為并聯(lián)，從上下表面各引出一根電纜3。壓電振子的作用是發(fā)射超聲波或接收超聲波:根據(jù)逆壓電效應(yīng)，當(dāng)在壓電振子兩電極之間施加一個(gè)高壓電脈沖時(shí)，振子會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)從而發(fā)射超聲波；根據(jù)壓電效應(yīng)，當(dāng)壓電振子表面受到超聲波激勵(lì)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，兩電極之間會(huì)產(chǎn)生一定的電壓。
[0018]變幅桿12是由透聲材料制成的圓柱體，其直徑為壓電振子直徑的1/3，為3mm，長(zhǎng)度為1/2波長(zhǎng)，為12_ ;變幅桿12使壓電振子與被檢測(cè)物體表面更好地匹配耦合，由于變幅桿12具有良好的透聲性能，能有效地減少超聲波在壓電振子和被檢測(cè)物體之間傳播時(shí)的能量損失，提高檢測(cè)靈敏度。
[0019]探頭結(jié)構(gòu)如圖2所示，由殼體5、絕緣卡環(huán)6、橡膠圈7、壓環(huán)8、鎖緊螺母9和壓緊螺母10組成。殼體5由不銹鋼材料機(jī)械加工制成，殼體5為底面相交的圓柱體與圓錐體的結(jié)合，外徑16mm，高度22mm，殼體5內(nèi)部為一直徑14mm、深度1mm的階梯狀通孔，上端加工M14的內(nèi)螺紋，通孔直徑3mm，與變幅桿12直徑相同。三疊片壓電振子4與通孔上部之間設(shè)有絕緣卡環(huán)6，絕緣卡環(huán)6由工程塑料制成，其外徑與沉孔直徑相同，內(nèi)徑與三疊片壓電振子4直徑相同，高度為2_。壓環(huán)8由不銹鋼材料機(jī)械加工制成，形狀呈圓桶形，外徑與通孔上部相同，在其底部加工一個(gè)外徑為5mm、高度為0.5mm的凸塊，凸塊外套一個(gè)內(nèi)徑5mm、夕卜徑7_的橡膠圈7。在壓環(huán)8底部靠近邊緣處開(kāi)直徑1_的通孔，用于穿過(guò)壓電振子的電纜
3。壓緊螺母10由不銹鋼材料機(jī)械加工制成，形狀呈圓桶形，外表面加工有M14的外螺紋，內(nèi)徑10_，底部中央開(kāi)有圓孔，用于穿過(guò)壓電振子的電纜3。鎖緊螺母9由不銹鋼材料機(jī)械加工制成，外徑22mm，內(nèi)側(cè)加工有M14內(nèi)螺紋。
[0020]探頭裝配過(guò)程如下:先將絕緣卡環(huán)6放入殼體5內(nèi)，將三疊片壓電振子4放入絕緣卡環(huán)6內(nèi)，然后將橡膠圈7套在壓環(huán)8的凸臺(tái)上，將壓環(huán)8放入殼體5內(nèi)并擠壓絕緣卡環(huán)6，將壓電振子的電纜3穿過(guò)壓環(huán)8上的通孔。將壓緊螺母10旋入殼體5內(nèi)，將壓環(huán)8壓緊。將鎖緊螺母9在壓緊螺母10上端，使之鎖緊。最后將變幅桿12從圓錐底端的通孔伸入殼體5內(nèi)部，使其上端擠壓三疊片壓電振子4。
[0021]探頭工裝由基座14、頂蓋13和電纜接頭11組成，結(jié)構(gòu)如圖3所示?；?4由鋁合金材料機(jī)械加工制成，為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，在其下底面加工有4個(gè)支腳，高度5_，處于同一平面內(nèi)?；?4加工有兩個(gè)圓形孔，直徑與探頭殼體5外徑相同，分別安裝兩個(gè)探頭，分別用于發(fā)射和接收超聲波。頂蓋13由鋁合金材料機(jī)械加工制成，四角通過(guò)螺釘與基座14連接。頂蓋13側(cè)面安裝有兩個(gè)電纜接頭11，接頭內(nèi)部與探頭從壓電振子引出的電纜3相連。
[0022]實(shí)施例2
[0023]頂蓋13上與兩個(gè)探頭相對(duì)的位置上分別設(shè)有一 M3的螺孔；螺孔內(nèi)設(shè)有壓力調(diào)節(jié)裝置。壓力調(diào)節(jié)裝置由彈簧15、壓力調(diào)節(jié)螺桿16和壓塊17組成。彈簧15的外徑與壓緊螺母10的內(nèi)徑相同。壓力調(diào)節(jié)螺桿16長(zhǎng)度35mm，外螺紋直徑為M3。壓塊17上設(shè)有一凸臺(tái)，彈簧15插入凸臺(tái)中，壓塊17上端直徑大于彈簧15外徑。壓塊17中央加工直徑3mm的盲孔，壓力調(diào)節(jié)螺桿16的下端可以伸入盲孔內(nèi)。壓力調(diào)節(jié)裝置用于調(diào)節(jié)探頭與被測(cè)物體之間的耦合壓力，通過(guò)旋轉(zhuǎn)壓力調(diào)節(jié)螺桿16，可以改變耦合壓力大小。當(dāng)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿時(shí)，壓塊17下降，彈簧15被壓縮，耦合壓力增大；逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺桿時(shí)，壓塊17上升，彈簧15松弛，耦合壓力減小。對(duì)于不同的檢測(cè)對(duì)象，通過(guò)壓力調(diào)節(jié)裝置將耦合壓力調(diào)整至最佳值，能夠減小耦合壓力變化對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。
[0024]本實(shí)用新型的使用方法為:進(jìn)行超聲波檢測(cè)前，將探頭電纜接頭11分別與超聲波檢測(cè)儀的發(fā)射端和接收端相連接，然后將干耦合探頭放至被測(cè)物體表面，施加壓力使探頭工裝底部的支腳完全與被測(cè)物體表面接觸。旋轉(zhuǎn)壓力調(diào)節(jié)螺桿16，根據(jù)超聲波檢測(cè)儀接收到的超聲波信號(hào)變化情況，確定最佳耦合壓力。在被檢測(cè)物體表面移動(dòng)干耦合探頭，移動(dòng)過(guò)程保持探頭工裝底部的支腳與被測(cè)物體表面始終接觸，根據(jù)超聲波檢測(cè)儀接收到的超聲波信號(hào)變化即可對(duì)物體內(nèi)部缺陷進(jìn)行判斷。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超聲波干耦合探頭裝置，包括設(shè)有兩個(gè)電纜接頭的探頭工裝以及安裝在探頭工裝上的兩個(gè)探頭，兩個(gè)電纜接頭(11)與兩個(gè)探頭電相連；其特征在于:所述的探頭由殼體(5)以及與通過(guò)殼體(5)組裝在一起的三疊片壓電振子(4)和變幅桿(12)組成；殼體(5)內(nèi)設(shè)有一階梯狀通孔，其通孔上端內(nèi)從下向上依次設(shè)有三疊片壓電振子(4 )以及鎖緊裝置；通孔下部設(shè)置一變幅桿(12)，變幅桿(12) 一端與三疊片壓電振子(4)接觸連接，另一端伸出通孔。
2.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波干耦合探頭裝置，其特征在于:所述的鎖緊裝置由壓環(huán)(8)、壓緊螺母(10)以及鎖緊螺母(9)組成；其中，三疊片壓電振子(4)、與壓環(huán)(8)、壓緊螺母(10)依次接觸連接，壓緊螺母(10)與鎖緊螺母(9)螺紋連接。
3.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波干耦合探頭裝置，其特征在于:所述的三疊片壓電振子(4)由并聯(lián)的兩片壓電晶片(I)以及夾在之間的金屬片(2)相互粘接而成，壓電晶片(I)與金屬片(2)為直徑相同的圓片，兩片壓電晶片(I)上分別連接有電纜(3)，兩根電纜(3)與電纜接頭(11)分別相連。
4.如權(quán)利要求1所述的一種超聲波干耦合探頭裝置，其特征在于:所述的探頭工裝由基座(14)、頂蓋(13)以及電纜接頭(11)組成；基座(14)上設(shè)有兩個(gè)內(nèi)徑與殼體(5)尺寸相匹配的孔，探頭固定于該孔內(nèi)。
5.如權(quán)利要求4所述的一種超聲波干耦合探頭裝置，其特征在于:所述的探頭工裝基座(14)為長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)，基座(14)底面設(shè)有4個(gè)支腳。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種超聲波干耦合探頭裝置。一種超聲波干耦合探頭裝置，包括探頭工裝以及通過(guò)探頭工裝固定安裝的兩個(gè)探頭以及電纜接頭，電纜接頭與探頭相連；所述的探頭由通過(guò)殼體組裝在一起的三疊片壓電振子以及變幅桿組成；殼體內(nèi)設(shè)有一沉孔，沉孔底部設(shè)有一通孔；沉孔內(nèi)從下向上依次設(shè)有三疊片壓電振子以及鎖緊裝置；通孔內(nèi)設(shè)有一變幅桿，變幅桿伸出通孔，且與三疊片壓電振子接觸連接。本實(shí)用新型采用減小了壓電振子和被檢測(cè)物體之間傳播時(shí)的能量損失，提高接收靈敏度。設(shè)計(jì)的壓力調(diào)節(jié)裝置可根據(jù)不同的檢測(cè)對(duì)象調(diào)節(jié)耦合壓力大小，探頭工裝保證了發(fā)射探頭和接收探頭之間的相對(duì)位置不變，且處于同一平面內(nèi)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體的單面檢測(cè)。
【IPC分類(lèi)】G01N29-24
【公開(kāi)號(hào)】CN204422486
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520079962
【發(fā)明人】李劍, 艾春安, 武文明, 王學(xué)仁, 徐志高, 劉新國(guó), 韓兆林, 蔡笑風(fēng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)人民解放軍第二炮兵工程大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月24日
【申請(qǐng)日】2015年2月4日