超声梳状探测器阵列组件制造技术

一种超声梳状探测器阵列组件，它包括多个探测器头，每个探测器头包括第一和第二支架，安装在第一支架上的超声传感器，一位于第一和第二支架之间能允许支架在一平面内作相对转动而包围被测物体的一部分的铰链连接部。探测器头被平行且相互间隔地固定在一起，其铰链连接部基本对齐。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料的超声检测，尤其是涉及一种用于在被测物体中产生超声波的超声梳状探测器阵列组件。超声常用于确定材料中不连续点和其它缺陷的位置并用来表征材料和测量距离。常规超声检测采用纵波或切变波来对物体作逐点检测。尤其在最近又已研制出了超声导波技术。参见Rose、Rajane、Carr等发表的《用于蒸汽发生器管道系统的超声导波检测概念》(材料评估，1993年2月，第307页)(U1trasonic Guided Wave Inspection Concepts for Steam Generator Tubing,Materials Evaluation,February 1993,Page307)，该文结合在本本中一并加以参考。这些超声导波技术涉及在被测物体的一个位置上发射超声波，这些超声波在该物体内传播有实质性的距离，并被物体的边界所“导向”。物体中的缺陷则反射该导波，且通过监测所接收的波来判定并确定缺陷位置。超声导波技术较之其它超声检测技术有着许多优点，其中包括能同时检测一物体的整个截面和长度；不需要用来定位和指示常规超声探头的复杂和昂贵的器件；增加了对某些种类缺陷的灵敏度。超声梳状探测器的设计参数包括如尺寸、形状、频率、频带宽、以及耦合方式等系数。当前所用的探头是为特殊用途而设计制造的。它们典型地为固定在物体上的两件，每件均具有固定在其中的多个超声传感器。在当前所使用的梳状探测器中遇到的一个困难是它们是易碎的且易出故障。在某些应用中所用的高能量和在传感器中所用的压电材料方面的低效率会使该能量部分地以热的形式而被耗散。这种热会在探头中造成热应力，从而能导致超声传感元件的故障。常规探测器中的一单个元件的故障则要求更换整个的探测器。当前所用的梳状探测器所遇到的另一个困难是传感器之间的距离是固定的且不能被改变。因此构造了探测器阵列用于特殊的操作模式。在导波应用中，所用的构造技术要求对每一不同的导波模式使用各不相同的探测器阵列。当前使用的梳状探测器所遇到的还一个困难是如何与表面不完全光滑的被测物体作耦合。由于当前所用的探测阵列所具有的刚性，如果一个元件接触物体表面上的一个高点，则在其它元件和表面之间会形成间隙。尽管在某些场合这些间隙可用耦合剂来加以搭接，但更希望在传感器和物体间进行直接的接触。本专利技术提供一种超声探测器阵列，它具有简单然而牢固的结构；它能经受传感器产生的过热；它允许更换发生故障的那些传感器；它允许改变传感器间的距离；它还为各传感器与物体表面间提供更好的耦合。本专利技术的探测器阵列组件总的包括多个探测器头，每个探测器头包括第一和第二支架。在每一支架上安装有一传感器。支架被铰接从而允许第一和第二支架在平面中绕转轴转动。探测器头被平行、相互间隔地连接在一起，其铰链连接部分基本被对齐，探测器头最好被可更换的垫片所隔开，这样探测器头间的距离可被改变。这种结构能允许更换单个的探测器头，且能允许改变探测器头间的距离从产生不同的导波模式。采用分开的探测器头还减少了所生成的热，降低了对传感器造成的热破坏以及对探测器阵列组件造成的热应力破坏方面的危险。本专利技术的探测器阵列组件被安装在检测物体上，探测器阵列组件的各探测器头各自围绕检测物体的一部分。这些单个的探测器头能更好地适应检测物体表面的变化，从而达到传感器与物体间更好的接触。本专利技术的探测器阵列组件因而为物体的超声导波检测提供了一种简单但却牢固的器件。该器件能抵抗热破坏和热应力，能使有故障传感器容易地被替换，能调节传感器间的距离，且能达到在传感器与被测物体表面间形成更好的接触，这些和其它的特点和优点一部分是显见的，而另一部分将在下文加以指出。附图说明图1为根据本专利技术的原理所构造的一梳状探测器阵列组件从其顶部看所得的透视图；图2为该探测器阵列组件从其底部看所得的透视图；图3为该探测器阵列组件从其正面看所得的透视图；图4为该探测器阵列组件的一分解透视图；图5为组成该探测器阵列组件的探测器头之一的分解透视图。在所有附图中均采用相应的参考数字来表达相应的部件。在图1～4中用20来表示根据本专利技术的构造的一梳状探测器阵列组件。该探测器阵列组件20包括多个探测器头22。每一探测器头22包括第一和第二支架24和26。该第一和第二支架24和26其一端被铰链连接从而能在平面内绕转轴转动。每一第一和第二支架包括一传感器28。在第一和第二支架之间的紧固件30可将支架固定环绕在一物体周围且将它们各自的传感器28保持与物体表面紧密接触。如图1～4所示，探测器头22被平行且有间距地排列成一叠，它们的铰链连接部分基本被对齐。在相邻探测器头22之间最好有垫片32。如下文所述的那样，这些垫片最好为可更换件，这样探测器头22的间距、且尤其是在探测器头上的传感器28的间距可被改变。如图5所示，支架24和26相互成镜像。第一支架24包括一基本为半圆形的壳体34，该壳体34具有从其主体前端和后端伸出的凸耳36和38；以及一位于一个面上的半圆形凹入部40，它与半圆形壳体的内圆周相邻接。壳体34最好由铝制成，因而既具刚性又重量轻，还易于加工。在壳体34的同一面上还形成有一通常为T形的切口42。该T形切口的茎根部与半圆形凹入部40联通。两径向通道(图中未示出)从半圆形壳体34的外圆周延伸至T形切口顶部。连接件48和50被安装进这些通道中用于如下文所述的那样与探测器头形成电气连接。与此类似，第二支架26包括一通常为半圆形的壳体52，该壳体52具有从其前端和后端伸出的凸耳54和56；以及一位于一个面上的半圆形凹入部58，它与半圆形壳体的内圆周相邻接。壳体52与壳体34一样最好也由铝制成。在壳体52的同一面上形成有通常为T形的切口。该T形切口的茎根部与半圆形凹入部58联通。两径向通道62和64从半圆形壳体的外圆周延伸至T形切口的顶部。连接件66和68被安装进这些通道中用于如下文所述的那样与探测器头形成电气连接。由声阻尼材料组成的半圆体70和72被置于第一和第二壳体34和52的凹入部40和58中。该声阻尼材料最好为环氧树脂或环氧树脂复合物，例如Grace Specialty Polymer公司(55Hayden Avenue,Lexington,MA02173)生产的2057环氧树脂和9#催化剂。主体70在其一个面上有一与其内边沿铰接的半圆槽74，以及一从其外边侧伸向该半圆槽的径向延伸槽76，该延伸槽76与T形切口42对齐。类似地，半圆体72在其一个面上有一与其内边沿邻接的半圆槽78，以及一从其外边沿伸向该半圆槽的径向延伸槽80，该延伸槽80与T形切口60对齐。传感器28最好为压电材料组成的半圆条82和84，它们各自与半圆形导体86和88电气连接。该压电材料最好是诸如Wallace Arden Smith在《在声传感器中应用的1～3种压电复合材料》(The Application of 1-3Piezocomposites in Acoustic Transducers,Materials Division,Code 1131,Officeof Naval Research,Arlington,Virginia 22217-5000)中所披露的一种PZT(锆钛酸铅)材料，上文结合在本文中一并加以参考。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声梳状探测器阵列组件，用于安装在被测物体表面来施加超声信号到被测物体上，该组件包括至少两个探测器头，每个探测器头在其上有一传感器，其特征在于：探测头基本平行地、相互间隔地被固定在一起。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：戴恩E哈肯伯格，詹姆斯N巴欣格，
申请(专利权)人：埃莫森电器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]