一种用于远声程检测的超声波探头制造技术

本发明专利技术公开了一种用于远声程检测的超声波探头，包括探头本体，所述探头本体上的晶片为线形阵列排布；所述晶片中心距为0.6～1.5mm、晶片的数量为8～32个、探头频率为1‑6MHz、晶片的宽度为0.6～1.2mm、高度为16～20mm、晶片之间的距离为0.1～0.3mm。具有上述结构的超声波探头，提高车轴缺陷检测的探伤灵敏度以及车轴缺陷(特别是表面缺陷)探伤能力，对防止断轴事故、确保行车安全具有十分重要的意义。并且提高透声检测能力和材质缺陷检出率。本发明专利技术仅采用一只远声程相控阵探头，即可实现整个车轴的检测，提高检测效率，节省时间，减少人工劳动量。

A kind of ultrasonic probe for far sound path detection

【技术实现步骤摘要】
一种用于远声程检测的超声波探头
本专利技术涉及一种用于车轴探伤的超声波探头。
技术介绍
国家逐有加大投资支持铁路建设，铁路投资建设是各个地方的督查重点。随着高速和重载的快速发展，铁路早已成为外交名片，成为中国联系世界的新纽带，铁道设备与技术出口海外已成为现实。尤其是高铁的开行给行车安全提出新的考验。转向架关键部件如车轴、轴承等局部位置承受更大的应力，要求检测过程速度加快、检测频率变高、检测范围扩大，给铁路无损检测领域提出更高的技术要求。车轴是承受机车、车辆质量的关键部件，在运行中承受旋转弯曲和冲击等多项复杂应力，疲劳裂损是其主要破坏形式。(车轴在运用中的受载状态比较复杂，不仅承受制动力和车轮的反作用力，而且承受来自线路的冲击载荷和通过曲线时横向作用于轮缘的导向力，此外，在车轴的各配合部位，有着大小不一的轴向力、径向力、剪切力、弯矩、扭矩等载荷的单独作用或共同作用，因而车轴在列车运行过程中容易损毁。)国内外对既有机车在役轮对车轴的探伤，主要采用人工方法、在车轴的两个端面分别使用4～5只常规超声波探头进行，每更换一个探头都要从探伤仪中调取一次与该探头对应的工艺，检测一根车轴一般需要20分钟。并且采用这种方式，对于未拆解车轴，某些部位无法放置探头，导致无法探伤。目前，逐渐采用普通相控阵超声技术进行手工或自动化检测，利用相控阵探头纵波和横波从车轴端面检测，其多角度、大范围的扫查功能，可有效弥补常规超声波探头数量大，覆盖率较低等问题，更好的用于车轴检测。由于相控阵技术采用电子控制声束进行扫查，可在不移动或少移动探头的情况下进行快速线性扫查或扇形扫查，大大提高了检测效率。但是在实际应用中，由于车轴尺寸较长，而市面上常用的相控阵探头的检测范围较小，导致车轴检测能力下降，检测信噪比减低，无法满足既有车轴检测工艺要求。车轴远声程部位检测难点、如何提高车轴检测能力和检测效率，成为铁路行业的有待解决的难点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种用于远声程检测的超声波探头，通过安装在车轴端面的一个探头即可对整个车轴进行全覆盖探伤。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种用于远声程检测的超声波探头，包括探头本体，所述探头本体上的晶片为线形阵列排布；所述晶片中心距为0.6～1.5mm、晶片的数量为8～32个、探头频率为1-6MHz、晶片的宽度为0.6～1.2mm、高度为16～20mm、晶片之间的距离为0.1～0.3mm。作为一种优选，所述晶片中心距为1mm。作为一种优选，所述晶片的数量为16个。作为一种优选，探头频率为2.5MHz。作为一种优选，晶片的宽度为0.8mm，高度为18mm。作为一种优选，晶片之间的距离为0.2mm。作为一种能改进，所述探头本体包括探头外壳，所述晶片安装在探头外壳内；所述探头外壳两侧设置有用于固定楔块的连接板。相控阵探头在不加装楔块情况下，只能实现-30°～30°纵波扫查，但加装楔块以后，可以实现角度的偏转(实现横波扫查)，扫查角度范围更大，如30°～75°等。本专利技术的有益之处在于：具有上述结构的超声波探头，提高车轴缺陷检测的探伤灵敏度以及车轴缺陷(特别是表面缺陷)探伤能力，对防止断轴事故、确保行车安全具有十分重要的意义。并且提高透声检测能力和材质缺陷检出率。本专利技术仅采用一只远声程相控阵探头，即可实现整个车轴的检测，提高检测效率，节省时间，减少人工劳动量。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为晶片排布示意图。图3为不同晶片尺寸下声束的情况。图4为不同频率下声束的情况。图5为晶片数量与检测距离和灵敏度之间的关系。图6为不同激发孔径的声束扩散性。图7为不同晶片中心距和激发孔径的声束特性。图8为当晶元中心距(p)不变，而间距(g)增大时，会产生相控阵探头特有的一种栅瓣声束。图9为当激发孔径(A)和晶元间距(g)固定时，改变晶元中心距(p)的影响.图10为本专利技术中的远声程超声波探头在检测车轴时的布置方式以及超声波声程示意图。图11为现有超声波探头进行探伤时超声波声程示意图。图12为楔块的结构示意图。图中标记：1探头外壳、2晶片、3连接板。具体实施方式为了使本领域的技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。名词解释：(1)超声波探头：超声波探头是用来产生与接收超声波的器件，是组成超声检测系统的最重要的组件之一。超声波探头的性能直接影响到发射的超声波的特性，影响到超声波发检测能力。本专利技术中的超声波探头结构和现有超声波探头结构类似，故不做详细阐述。(2)相控阵：利用阵列换能器，通过控制各阵元发射的声波的相位，实现对超声波声场的控制。(3)晶片阵列：相控阵列是作为换能器的晶片组合，有三种主要阵列类型：线形(线阵列)、面形(二维矩阵列)和环形(圆形阵列)。在一个相控阵列中的相位转换是通过电子系统控制，通过脉冲发生器通向每个晶片。相控阵列除了能有效地控制超声波束的形状和方向外，还实现和完善了复杂的动态聚焦和实时扫描。如图1所示，本专利技术包括探头本体，所述探头本体上的晶片2为线形阵列排布；探头本体包括探头外壳1，所述晶片2安装在探头外壳1内；所述探头外壳1两侧设置有用于固定楔块的连接板3。楔块结构如图11所示。所述晶片中心距为0.6～1.5mm、晶片的数量为8～32个、探头频率为1-6MHz、晶片的宽度为0.6～1.2mm、高度为16～20mm、晶片之间的距离为0.1～0.3mm。如图2所示，和现有的相控阵探头对比，本专利技术针对特定的检测需求，相邻晶片之间的间距、晶片本身的宽度、总晶片数、晶片高度以及晶片之间的距离做了特殊的设计，以下对以上5个参数做详细的介绍。图2中：A(Aperture)＝主动偏转方向上的总孔径即激发孔径，指的是虚拟探头的面积，即晶片中心距×晶片数-晶片之间的距离。H(Height)＝晶片高度或长度。由于这个尺寸是固定的维度，因此经常将其与超声轴组成的平面称为被动面。p(Pitch)＝晶片中心距，即两个相邻晶片的中心到中心之间的距离。e(Flementwidth)＝单个晶片的宽度。g(Gap)＝晶片之间的距离。1.晶片尺寸。晶片尺寸，即晶片高度(H)和宽度(e)，晶片是一个关键参数，随着尺寸下降，声束的扩散性会增强，进场距离变小；当晶片宽度尺寸变大时(≥λ，λ为波长)，声场中会出现较强的旁瓣声束；实际生产中，能够加工的最小晶片宽度大约在0.15mm～0.20mm。图3展示了在其他条件固定的情况下，晶片尺寸对声束的影响。作为一个最优的选择，晶片的宽度为0.8mm，高度为18mm。2.晶片频率。通常，在其它参数不变条件下，频率越高，声束的聚焦性和信噪比越好，但近场距离会增大，同时，声束的穿透能力下降。图4展示了不同频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于远声程检测的超声波探头，包括探头本体，其特征在于：所述探头本体上的晶片为线形阵列排布；所述晶片中心距为0.6～1.5mm、晶片的数量为8～32个、晶片频率为1-6MHz、晶片的宽度为0.6～1.2mm、高度为16～20mm、晶片之间的距离为0.1～0.3mm。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于远声程检测的超声波探头，包括探头本体，其特征在于：所述探头本体上的晶片为线形阵列排布；所述晶片中心距为0.6～1.5mm、晶片的数量为8～32个、晶片频率为1-6MHz、晶片的宽度为0.6～1.2mm、高度为16～20mm、晶片之间的距离为0.1～0.3mm。


2.根据权利要求1所述的一种用于远声程检测的超声波探头，其特征在于：所述晶片中心距为1mm。


3.根据权利要求1所述的一种用于远声程检测的超声波探头，其特征在于：所述晶片的数量为16个。


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【专利技术属性】
技术研发人员：张渝，彭建平，赵波，王泽勇，彭朝勇，高晓蓉，胡继东，王祯，王小伟，武冬冬，蒋秋月，
申请(专利权)人：成都主导科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川;51