超声波探头制造技术

本实用新型专利技术为一种超声波探头，所述超声波探头由探头主体和探头主体前端设置的凸曲面压电晶片构成。本实用新型专利技术的超声波探头采用带曲率的凸曲面压电晶片，根据需要制作不同的曲率，可扩大声束扩散角的范围，其声束扩散角可达到0°至90°范围，甚至达到更大范围；并且由于采用了一整块较大尺寸的晶片，在实现增大扩散角的同时，使声束在各方向的能量分布更均匀，也提高了声束的能量和检测的信噪比。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术为一种超声波探头，所述超声波探头由探头主体和探头主体前端设置的凸曲面压电晶片构成。本技术的超声波探头采用带曲率的凸曲面压电晶片，根据需要制作不同的曲率，可扩大声束扩散角的范围，其声束扩散角可达到0°至90°范围，甚至达到更大范围；并且由于采用了一整块较大尺寸的晶片，在实现增大扩散角的同时，使声束在各方向的能量分布更均匀，也提高了声束的能量和检测的信噪比。【专利说明】超声波探头
本技术是关于一种超声波探头，尤其涉及一种大扩散角超声波探头。
技术介绍
常规脉冲反射式超声波检测是基于回波的波幅来定量缺陷的，一般希望探头产生的声束的扩散角越小越好，因为声束扩散角越小，对缺陷的测高、测长越准确。衍射时差法超声检测(TOFD)是基于接收缺陷端点的衍射波信号来探测和定量缺陷的，检测中希望声束能够尽可能多的覆盖检测区域，如果声束能覆盖整个检测区域，则扫查一遍即可完成检测。如图4所示，现有TOFD探头9是由探头主体91和探头主体前端设置的平面状晶片92构成的；所述探头主体91包括有探头外壳911、探头背衬912和探头线插接头913，平面状晶片92固定设置在探头背衬912前端，平面状晶片92上还设有匹配层914。由于现有TOFD探头的晶片均为平面的，其-6dB扩散角范围有限；通常这种现有探头在工件中的扩散角范围较小。，即使使用楔块其_6dB扩散角也达不到0°?90°的范围，如图5所示，图5中a为声波在楔块中的扩散角，b为声波在工件中的下扩散角，c为声波在工件中的上扩散角，d为声波中心线的折射角，e为工件中的扩散角范围，g为楔块，h为工件。对于薄壁工件(例如壁厚50皿1以下的工件)，通常使用一对现有普通的TOFD探头9，如图6所示，其所发出的超声波声束就能覆盖所需检测的区域，图6中81为焊缝坡口位置，82为声束覆盖区域；但是，对于厚壁工件来说，一对探头不能全部覆盖所需检测的区域，因此需要使用两对或多对探头，每一对探头只检测对应的区域(如图7所示，为采用三对探头9进行扫查的情况)；或者使用一组探头扫查多遍。因此从提高检测效率来说，为了减少扫查次数，故希望声束的扩散角越大越好。TOFD检测时为了获得较高的定量精度，通常选用比常规超声检测高一些的频率，频率提高导致扩散角降低；为了获得大一些的扩散角，通常采用小尺寸的晶片，尺寸越小，超声波能量越低，灵敏度就越低，所以晶片尺寸不能太小，也就是说扩散角范围不可能太大。由上所述，现有超声波探头存在以下缺陷:I)探头的扩散角范围小，声束覆盖区域有限；2)对厚壁工件进行检测时要使用多组探头进行检测，或者使用一组探头扫查多遍，降低了工作效率，增加了劳动强度；3)在工件的焊缝的其中一侧探头放置区域比较短的情况时，无法放置多组探头，导致不能实现检测(例如一侧是直管段，另一侧是弯头时，弯头侧的探头放置就受到了限制)。由此，本专利技术人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种超声波探头，以克服现有技术的缺陷。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种超声波探头，以扩大声束扩散角的范围。本技术的另一目的在于提供一种超声波探头，其声束扩散角可达到0°至90°范围，使声束各方向上的能量均匀分布。本技术的又一目的在于提供一种超声波探头，通过使用较大尺寸的晶片，在实现增大扩散角的同时，提高声束的能量，提高检测的信噪比。本技术的目的是这样实现的，一种超声波探头，所述超声波探头由探头主体和探头主体前端设置的凸曲面压电晶片构成。在本技术的一较佳实施方式中，所述的凸曲面为凸圆柱面。在本技术的一较佳实施方式中，所述探头主体包括有探头外壳、探头背衬和探头线插接头；所述探头背衬前端面也为凸曲面形状，凸曲面压电晶片固定设置在探头背衬前端。由上所述，本技术的超声波探头采用带曲率的凸曲面压电晶片，根据需要制作不同的曲率，可扩大声束扩散角的范围，其_6dB声束扩散角可达到0°至90°范围，甚至达到更大范围；并且由于采用了一整块较大尺寸的晶片，在实现增大扩散角的同时，也提高了声束的能量和检测的信噪比。【专利附图】【附图说明】以下附图仅旨在于对本技术做示意性说明和解释，并不限定本技术的范围。其中:图1:为本技术超声波探头的结构示意图。图2:为本技术中超声波探头的扩散角范围示意图。图3:为采用本技术超声波探头进行工件扫查的示意图。图4:为现有超声波探头的结构示意图。图5:为现有超声波探头的扩散角范围示意图。图6:为现有超声波探头进行薄壁工件扫查的示意图。图7:为现有超声波探头进行厚壁工件扫查的示意图。【具体实施方式】为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照【专利附图】【附图说明】本技术的【具体实施方式】。如图1所示，本技术提出一种超声波探头100，所述超声波探头100由探头主体I和探头主体I前端设置的凸曲面压电晶片2构成；本实施方式中所述的凸曲面压电晶片2，是指具有曲率的曲面形状的压电晶片(不是平面形状的);所述探头主体I包括有探头外壳11、探头背衬12和探头线插接头13 ;所述探头背衬12前端面为与凸曲面压电晶片2形状相同的凸曲面形状，凸曲面压电晶片2固定设置在探头背衬12前端；凸曲面压电晶片2上还设有匹配层14。在本实施方式中，所述的凸曲面为凸圆柱面。由上所述，本技术的超声波探头采用带曲率的凸曲面压电晶片，根据需要制作不同的曲率，可扩大声束扩散角的范围，其_6dB声束扩散角可达到0°至90°范围，甚至达到更大范围；并且由于采用了一整块较大尺寸的晶片，在实现增大扩散角的同时，也提高了声束的能量和检测的信噪比。如图2所示，为本实施方式中超声波探头100的扩散角范围示意图；图2中a’为声波在楔块中的扩散角，b’为声波在工件中的下扩散角，c’为声波在工件中的上扩散角，d’为声波中心线的折射角，e’为工件中的扩散角范围，g’为楔块，h’为工件。在本实施方式中，凸曲面压电晶片的曲率半径从以下两方面确定:(I)根据探头尺寸选择:探头尺寸大，曲率半径大；探头尺寸小，曲率半径小；(2)根据所需要的角度范围选择:需要的角度范围大，曲率半径小；需要的角度范围小，曲率半径大。使用时，将探头100装配到楔块上的对应槽中并压紧，探头装入楔块前需要在探头前端涂抹耦合剂。如图3所示，使用一对本实施方式中的超声波探头100连接TOFD设备，一个探头发射大扩散角的超声波，一个探头接收声波，可以实现对检测区域的大范围的覆盖。本技术的超声波探头与现有技术相比具有以下有益效果:I)可以实现对声束扩散范围的控制，其_6dB声束扩散角可达到0°至90°范围，甚至达到更大范围；2)减少厚壁工件TOFD检测的扫查次数，降低劳动量；3)实现对检测面受限的工件的全覆盖检测；4)通过使用较大尺寸的晶片，在实现增大扩散角的同时，提高声束的能量，提高检测的信噪比。以上所述仅为本技术示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本技术的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本技术的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本技术保护的范围。【权利要求】1.一种超声波探头，其特征在于:所述超声波探头由探头主体和探头主体前端设置的凸曲面压电晶片构成。2.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波探头，其特征在于：所述超声波探头由探头主体和探头主体前端设置的凸曲面压电晶片构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：季昌国，刘建屏，贾凯杰，毛良彦，王春水，陈君平，
申请(专利权)人：国家电网公司，华北电力科学研究院有限责任公司，天津大唐国际盘山发电有限责任公司，
类型：实用新型
国别省市：