本发明专利技术公开了一种用来检查工件（４４）的超声波探头（２），其包含延迟体（８）和包含多个安装在延迟体（８）上的换能器元件（６）的换能器阵列（４）。换能器阵列（４）的多个换能器元件（６）被安装在延迟体（８）的弯曲外表面上。元件阵列中的换能器元件（６）距离延迟体（８）的曲率半径（１４）的中心是等距的，这样由两个或多个换能器元件（６）同时产生的声波在相同时间到达半径的中心，该中心也称为原点（１６）。由阵列（４）中的换能器接收的穿过索引点的反射声音不易受到由延迟体（８）的几何形状所导致的时间延迟。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种换能器阵列形式的超声波探头，并且特别涉及一种具有探头体的超声波探头，该探头体具有一几何形状，这样换能器阵列中的换能器在探头体中距离原点是等距的，所以由阵列中两个或多个换能器同时产生的声波同时到达原点。
技术介绍
超声波探头被用来在工业应用中检查工件。这种检查已经通过接触法来实施，其中，探头被带入与工件密切接触，然而利用诸如甘油或油等耦合剂或者通过非接触或浸没方法与工件耦合，其中水柱位于工件和换能器之间。探头包含延迟体，和安装在延迟体上的至少一个换能器。该至少一个换能器典型地是压电材料，该压电材料由电信号激励产生机械振动，或者由机械振动激励产生电信号。换能器与信号发生器和信号分析器连接，这样电信号可以被用来激励换能器，并且由换能器接收的机械振动可以被分析。换能器包含多个换能器晶体，该多个换能器晶体被布置为换能器阵列。信号处理设备(其包括用于产生电信号的仪器和信号分析设备(其包括相关的软件和算法)可以非常复杂。换能器或换能器阵列附属的延迟体是工件和压电材料的中间体。它典型地具有圆盘或楔的形状，并且由换能器产生或接收的声音必须通过该延迟体。由于延迟体的形状，阵列中换能器产生或接收的声音通过延迟体中不等量的材料，导致了对于信号的定时延迟。尽管该时间延迟可以在分析中进行解释，但是它导致了减缓分析并且增加误差可能性的复杂化。各种方法已经被用来提高声波在物体中的聚焦。在美国专利No 5,027,820(‘820专利)中提出了一种用于医学超声回波描记术的方法。该方法利用了定位在圆柱体母线(cylindrical generatrix)上的定相阵列。更具体地，定相阵列定位在凸面上，并且将方向D中离开这个凸面的光束聚焦在远离凸面的聚焦点Fj上。如在‘820专利的图2很明显的是，换能器阵列距离焦点不是等距的。作为结果，聚焦可以电子地获得，而不是机械地获得。美国专利NO.5,148,810(‘810专利)公开了一种从基本上线性的换能器阵列产生球形波阵面。尽管没有公开延迟体，但是换能器被安装在阵列体上。在如‘810专利公开的配置中，如图5中所示，尽管所产生的球形波阵面距离对等分换能器阵列的中心线是等距的，但是，沿着中心线产生的任何焦点距离每个换能器阵列不是等距的，这样，时间延迟在延迟体中是固有的。现有技术中所缺少的是一种超声波探头，其利用换能器和延迟体的组合产生聚焦在一点的波，该焦点距离换能器的几何中心或者换能器阵列中的每个换能器是等距的。这样一焦点可以在延迟体中，或者它在要被检查的工件中的延迟体之外。然而，从阵列中换能器到达焦点的任何声波基本上同时到达，因此允许消除测量中可能的误差，或者可选择的，允许消除由于时间延迟而对测量的校正。相反的，从工件反射的并到达焦点的声音同时到达阵列中每个换能器。因此，诸如来自于背面的回声和缺陷可能更容易地被确定。
技术实现思路
本专利技术是用于检查工件的超声波探头。该探头对于检查工件是特别有用的，这些工件是制造的产品，具有可以耦合到工件上的至少一个表面，该表面具有一几何形状。该探头包含具有多个换能器元件的换能器阵列。该换能器元件被连接到超声波装置，该超声波装置可以跨越预选频率范围产生声音，并可以分析跨越预选频率范围所接收的声音。换能器元件通过公知技术连接到超声波装置，当被超声波装置激励时允许每个元件产生在超声波频率上的声波。换能器元件还接收声音并传送该声音到超声波装置，在其中它可以被适当地分析和显示。探头还包括延迟体。该延迟体是具有一矩阵的固体材料，其特征在于它具有以很少或没有衰减传送声波的能力。延迟体的一部分的特征在于具有弯曲外表面的球形楔形的几何形状。该弯曲外表面依据半径被定义，在弯曲外表面上的每个点与中心或原点间隔一个常数距离，弯曲外表面上每个点的距离是外表面曲线的半径。换能器阵列的多个换能器元件被安装在延迟体的弯曲外表面上。由于在元件阵列中的每个换能器元件距离弯曲外表面的曲率半径中心是等距的，因此由两个或多个换能器元件同时产生的声波在相同时间到达半径的中心，该半径的中心也称为原点。对于任何延迟体，存在一个单一的原点，因为常数半径的弯曲体可以具有仅仅一个单一的中心。索引点与原点有关。索引点可以是从一组位置中选出的任何预选的点，该组位置包含由延迟体和工件形成的界面上的一位置。索引点还可以是工件内的任何预选点。在这种情况下，索引点距离工件内的原点是一个预选的可计算的距离。当索引点位于由延迟体和工件形成的界面上时，索引点相应于原点。在这种情况下，该组位置可以通过移动延迟体被选择，并且原点通过同时启动(firing)元件到达。当索引点位于工件内时，索引点距离原点为一预选距离。索引点通过更复杂的方法到达。索引点通过以预选时间延迟顺序地启动阵列中的预选换能器元件被移动到工件里。通过启动元件，形成一图案，其又产生会聚到工件内索引点的声波。索引点距离原点为一个预选距离，其可以通过数学算法被确定，该数学算法基于阵列内预选换能器元件的位置计算原点，启动序列和时间延迟。通过仔细地控制这些元件的每一个，可以在不移动延迟体的情况下，顺序地移动索引点通过工件。不管索引点是否相应于原点，或者索引点是否在距离工件的预定距离上位于工件内，工件内任何缺陷的位置可以更容易地被确定，因为该索引点或者相应于原点，或者位于距离原点的一预选距离上。应该清楚的是，从换能器阵列的任何一个到索引点的距离是相同的，这样从索引点到元件的任何一个的时间延迟是相同的。从工件内一缺陷到索引点的任何反射将取决于缺陷距离索引点的距离。现在，缺陷位置的计算被简化。而且，通过绘制由阵列的每个元件所接收的反射，缺陷的尺寸可以被确定并绘制出，并且可以获得它的可接受性的确定。如这里用到的，术语“声波”指的是具有大约0.25MHz到大约35MHz的频率的任何波，并且术语“声音”与术语“超声”或“超声波”可交换地使用。术语“换能器”意味着能够产生或接收声波的任何器件。尽管换能器包括将电脉冲转换成声波、声波转换成电脉冲的压电材料，但是压电材料仅仅是优选的换能器，因为该术语不限于这种优选的实施例。术语“启动换能器元件”意味着通过提供其一刺激激活换能器元件，导致该元件振动一简短时间，因此，产生一声波或超声波脉冲。压电元件由电脉冲激励。本专利技术的另一个优点在于，该计算可以更快并且更可靠地执行。另外，大量材料的超声波测试可以在不移动探头，而通过简单地执行以预先安排的顺序以及预先安排的计时模式启动阵列的预选元件，从而扫描该大量材料的程序的情况下执行。与其必须跨越工件的整个表面移动探头，倒不如通过简单地线性地沿着单一维度移动探头，而不是以平面的方式沿着测试件的表面，完成工件的彻底扫描。本专利技术的另一个优势在于，当工件是复杂形状时，可以获得工件的准确扫描。利用这样的工件，当仅一个表面适合于与探头接合时，可以实现准确的扫描。实际上，取决于工件的结构，当仅表面的一部分适合时，可以获得准确的扫描。当然，其它因素会进入到这种测试，例如滤波背反射和来自于指示(indication)的反射，但是预先由工件的复杂形状排除的利用超声波的完整体积测试现在是可能的。通过结合说明本专利技术原理的附图以及实例，本专利技术的其它特征和优点通过下面优选实施例的更详细描述将是明显的。附图说明图1是本本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于检查工件（４４）的探头，包含：包含多个换能器元件（６）的换能器阵列（４），每个元件（６）能够产生超声波频率的声波，并且接收超声波频率的声波；包含固体材料的延迟体（８），其中延迟体（８）的一部分具有球形楔形状，该球形楔 形状具有弯曲的外表面，弯曲外表面上的每个点与原点间隔一常数半径；多个换能器元件（６），其被安装在延迟体（８）的弯曲外表面上以便由多个元件（６）的元件（６）同时产生的声波基本上同时到达单一索引点，其中单一索引点与原点（１６）相关，并且 其中，单一索引点是从一组位置中选出的预选点，该组位置包含由延迟体（８）和工件（４４）形成的界面上的一位置，其中该索引点相应于该原点（１６），并且位置在工件（４４）内扩展，其中该索引点距离该原点（１６）为一个可计算的距离。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TJ卡罗迪斯基，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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