超声相控阵环阵探头及螺栓检测系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种超声相控阵环阵探头，用于对螺栓进行缺陷检测，包括探头主体，所述探头主体包括多个沿周向呈环形阵列排布的阵元，所述阵元为由负电极层、压电晶片、正电极层及匹配层由上往下依次堆叠形成的叠层结构，且所述匹配层位于所述正电极层与所述螺栓的端面之间，所述螺栓的端部设置有一沉孔，所述探头主体的中心设置有一通孔，所述通孔与所述沉孔的形状相匹配。利用呈环形阵列排布的阵元能够一次检测覆盖整根螺栓，提升了检测的效率，且相控阵拥有聚焦功能，能够检测较长螺栓。基于此，本申请还提供了一种螺栓检测系统，通过编码器记录数据，检测的每一根螺栓都可以保存一条数据，每一次检测均具有可追溯性。每一次检测均具有可追溯性。每一次检测均具有可追溯性。

【技术实现步骤摘要】
超声相控阵环阵探头及螺栓检测系统


[0001]本技术涉及超声无损检测
，尤其涉及一种超声相控阵环阵探头及螺栓检测系统。

技术介绍

[0002]螺栓是工业装备中的标准配件之一，作为各种设备的连接件，具有施工简单、受力性能好、可拆换、耐疲劳以及在动力荷载作用下不致松动等优点，其往往在复杂的应力、高温高压、周期振动等各种恶劣工况下工作，很容易产生疲劳裂纹。
[0003]叶片螺栓是其他紧固件、连接件的一种，常用于叶片与风力发电机组轮毂的连接。具体的，在叶片根部的玻璃纤维增强结构的中部位置附近，多个螺栓套被均匀、预埋、固定在叶根相应的位置上，且预埋的螺栓套外缠绕有玻璃纤维单向粗纱，螺栓套之间的空隙处嵌入楔形条填充，叶片出模后，并通过叶片螺栓与所述螺栓套连接以将所述叶片紧固在风力发电机组的轮毂上，实现叶片与轮毂的可靠连接。该方式可以避免对叶根结构层的加工损伤，叶根结构受力合理。
[0004]然而，风电机组的叶片螺栓失效问题在国内外的风场时有发生，设备运行过程中发生螺栓断裂，威胁机组运行，严重者甚至造成风力发电机组叶片掉落折断损坏机组及周边人员设备。为了确保风力发电机组及人员安全，必须尽可能早的发现裂纹缺陷，以便及时更换。因此如何能检测更小裂纹缺陷，更快更方便的发现缺陷，一直是叶片螺栓检测的重点和难点。
[0005]针对螺栓超声检测，目前检测的主流还是采用常规的直探头与小角度纵波斜探头检测。针对螺栓内部裂纹等缺陷的检测通常采用常规超声设备配备纵波探头、折射角8.5
°
或者横波探头、K值为1.7这样两种组合进行超声检测，在检测过程中需要来回更换探头，检测过程繁琐，检测效率低且耗时较长。并且，螺栓紧固件多数几何形状为细长结构，采用常规超声设备检测时超声波的能量容易产生极大衰减，导致灵敏度下降，极易发生漏检等情况，造成安全隐患。

技术实现思路

[0006]本技术的目的在于提供一种超声相控阵环阵探头及螺栓检测系统，能够一次性实现对螺栓的缺陷检测，检测效率高且检测效果好。
[0007]为了达到上述目的，本技术提供了一种超声相控阵环阵探头，用于对螺栓进行缺陷检测，包括：
[0008]包括探头主体，所述探头主体包括多个沿周向呈环形阵列排布的阵元，所述阵元为由负电极层、压电晶片、正电极层及匹配层由上往下依次堆叠形成的叠层结构，且所述匹配层位于所述正电极层与所述螺栓的端面之间，所述螺栓的端部设置有一沉孔，所述探头主体的中心设置有一通孔，所述通孔与所述沉孔的形状相匹配。
[0009]可选的，所述探头主体为圆柱形，所述超声相控阵环阵探头还包括内衬套及外衬
套，所述外衬套套设在所述探头主体外，所述内衬套覆盖所述通孔的内壁，以使所述阵元夹设在所述外衬套及所述内衬套之间。
[0010]可选的，所述外衬套与所述内衬套之间还设置有背衬，所述背衬位于所述负电极层的上方。
[0011]可选的，所述超声相控阵环阵探头还包括外壳及内壳，所述外壳套设在所述外衬套外，所述内壳嵌套在所述内衬套内。
[0012]可选的，所述超声相控阵环阵探头还包括一接线插座，所述接线插座包括贯穿所述外壳的正极接线端子及负极接线端子，多个所述阵元的正电极层通过多根正极线缆与所述正极接线端子连接，多个所述阵元的负电极层通过多根负极电缆与所述负极接线端子连接。
[0013]可选的，所述接线插座外设置有护线套。
[0014]可选的，所述外壳的顶部还设置有用于密封所述探头主体的盖板。
[0015]可选的，所述阵元的数量为48个。
[0016]可选的，所述压电晶片为压电陶瓷片。
[0017]基于此，本申请还提供了一种螺栓检测系统，包括相控阵超声检测仪、螺栓、编码器及所述的超声相控阵环阵探头，所述超声相控阵环阵探头与所述螺栓的端面接触，所述超声相控阵环阵探头及所述编码器均与所述相控阵超声检测仪电连接，以使所述超声相控阵环阵探头与所述编码器同步运行，所述相控阵超声检测仪用于控制所述超声相控阵环阵探头发射及接收超声波，所述编码器用于记录所述螺栓的缺陷位置。
[0018]本技术提供了一种超声相控阵环阵探头及螺栓检测系统，与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
[0019]1)定位准确方便，不需移动超声相控阵环阵探头，一次检测覆盖整根螺栓，检测效率大大提升；
[0020]2)超声相控阵拥有聚焦功能，及时检测较长螺栓，保证远端缺陷不漏检；
[0021]3)超声相控阵检测使用编码器记录数据，检测的每一根螺栓都可以保存一条数据，每一次检测均具有可追溯性。
附图说明
[0022]图1为本技术实施例提供的超声相控阵环阵探头的结构示意图；
[0023]图2为本技术实施例提供的阵元的结构示意图；
[0024]图3为本技术实施例提供的螺栓检测系统的结构示意图；
[0025]其中，附图标记为：
[0026]1-相控阵超声检测仪；2-螺栓；3-编码器；4-超声相控阵环阵探头；
[0027]10-探头主体；20-通孔；30-内衬套；40-外衬套；50-外壳；51-内壳；61-正极接线端子；62-负极接线端子；70-护线套；80-盖板；
[0028]100-压电晶片；110-负电极层；120-正电极层；130-匹配层；140-背衬。
具体实施方式
[0029]下面将结合示意图对本技术的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描
述和权利要求书，本技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本技术实施例的目的。
[0030]如图1-图2所示，本实施例提供了一种超声相控阵环阵探头，包括探头主体10，所述探头主体10包括多个沿周向呈环形阵列排布的阵元，所述阵元为由负电极层110、压电晶片100、正电极层120及匹配层130由上往下依次堆叠形成的叠层结构，且所述匹配层130位于所述正电极层120与所述螺栓之间，所述螺栓的端部设置有一沉孔，所述探头主体的中心设置有一通孔20，所述通孔20与所述沉孔的形状相匹配。
[0031]具体的，超声相控阵技术的基本思想来自于雷达电磁波相控阵技术。相控阵雷达是由许多辐射单元排成阵列组成，通过控制阵列天线中各单元的幅度和相位，调整电磁波的辐射方向，在一定空间范围内合成灵活快速的聚焦扫描的雷达波束。而超声相控阵是由多个独立的压电晶片组成阵列，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个晶片单元，来调节控制焦点的位置和聚焦的方向。从而实现超声波的波束扫描、偏转和聚焦，然后采用机械扫描和电子扫描相结合的方法来实现图像成像。本实施例中，所述超声相控阵环阵探头用于对螺栓表面的裂纹进行缺陷检测，所述超声相控阵环阵探头由多个独立的阵元组成环形阵列，由于环形阵列具有优越的轴向聚焦能力，通过按一定的规则和时序激发各个阵元，来调节控制焦点的位置和聚焦的方向，从而在不需要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超声相控阵环阵探头，用于对螺栓进行缺陷检测，其特征在于，包括探头主体，所述探头主体包括多个沿周向呈环形阵列排布的阵元，所述阵元为由负电极层、压电晶片、正电极层及匹配层由上往下依次堆叠形成的叠层结构，且所述匹配层位于所述正电极层与所述螺栓的端面之间，所述螺栓的端部设置有一沉孔，所述探头主体的中心设置有一通孔，所述通孔与所述沉孔的形状相匹配。2.如权利要求1所述的超声相控阵环阵探头，其特征在于，所述探头主体为圆柱形，所述超声相控阵环阵探头还包括内衬套及外衬套，所述外衬套套设在所述探头主体外，所述内衬套覆盖所述通孔的内壁，以使所述阵元夹设在所述外衬套及所述内衬套之间。3.如权利要求2所述的超声相控阵环阵探头，其特征在于，所述外衬套与所述内衬套之间还设置有背衬，所述背衬位于所述负电极层的上方。4.如权利要求2所述的超声相控阵环阵探头，其特征在于，所述超声相控阵环阵探头还包括外壳及内壳，所述外壳套设在所述外衬套外，所述内壳嵌套在所述内衬套内。5.如权利要求4所述的超声相控阵环阵探头，其特征在于，所述超声相控阵环阵探头还包括一...

【专利技术属性】
技术研发人员：周路云，王国圈，李前，徐维普，陈连芳，邓吉，贾鑫，
申请(专利权)人：上海市特种设备监督检验技术研究院，
类型：新型
国别省市：