一种用于非接触式检测的新型空气超声探头制造技术

本实用新型专利技术涉及一种用于非接触式检测的新型空气超声探头，包括同轴电缆，金属外壳，吸收块，压电晶片，绝缘套，匹配层，声聚焦透镜，环形压片，匹配层上端面中间与压电晶片紧贴，声聚焦透镜紧贴匹配层，用金属环形压片将声聚焦透镜和匹配层压紧在压电晶片的表面，再用若干枚螺丝将金属环形压片、匹配层和声聚焦透镜与金属外壳连接在一起，所述的声聚焦透镜采用硅橡胶，其安装直径同金属外壳的外径等大，有效直径同压电晶片的直径等大，所述的匹配层采用镁合金，其直径同金属外壳的直径等大。由于采用了硅橡胶声聚焦透镜和镁合金匹配层，透射率提高近40倍。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种检测探头，特别是空气超声探头，用于非接触式无损检测。
技术介绍
在超声检测技术中利用超声探头将超声波发射出去，然后再把超声波接收回来，变换成电信号。接触式超声检测方法有超声波水浸法、反射法及穿透法等检测方法。反射法及穿透法要求超声探头和试件之间必须使用液体或糊状耦合剂，检测时要求探伤表面平直、无沟槽和杂物；水浸法要求超声探头和试件全都浸入水中。近年来，检测领域提出了一种空气超声检测方法。由于空气超声检测方法，其探头 与检测试件不接触，因而具有一系列显著优点。比如，检测高温试件；在试件加工过程中进行动态检测，进而实现闭环控制等等。空气超声检测存在的主要困难是超声波在空气中会产生严重的衰减，以至于使超声波无法达到被检工件进行检测。造成超声波在空气中严重衰减的主要原因是固体材料与空气声阻抗的巨大差异。例如一般金属及压电晶体的声阻抗Z = 30 50 X IO6IignT2S4,而空气的声阻抗Z = 4271 !^2^,在压电晶体与空气界面超声波几乎会发生全反射而无法透射。因此，现有技术的这种探头无法进行空气超声检测。参照图2，接触式超声检测方法在进行检测时，压电晶片4与被测物件靠耦合剂与被测物件接触，当压电晶片4与被测物件分开时，由于压电晶片4、空气及被测物件的声阻抗差异较大，无法进行超声检测。
技术实现思路
为了克服现有技术透射率低，不能进行空气超声检测的不足，本技术提供一种空气超声探头，在现有技术的基础上增加匹配层和声聚焦透镜，使探头的透射率和灵敏度提闻，就可以进行空气超声检测。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是一种空气超声探头，包括同轴电缆1，金属外壳2，吸收块3，压电晶片4和绝缘套5，其特征在于还包括匹配层6，声聚焦透镜7，环形压片9，匹配层6上端面中间与压电晶片4紧贴。声聚焦透镜7紧贴匹配层6，用金属环形压片9将声聚焦透镜7和匹配层6压紧在压电晶片4的表面，再用若干枚螺丝10将金属环形压片9、匹配层6和声聚焦透镜7与金属外壳2连接在一起。所述的声聚焦透镜7采用硅橡胶，其安装直径同金属外壳2的外径等大，有效直径同压电晶片4的直径等大。所述的匹配层6采用镁合金，其直径同金属外壳2的外径等大。本技术相比现有技术的优点在于由于采用了硅橡胶声聚焦透镜，硅橡胶的声阻抗Z = I. 04X KfkgnT2s-1,比压电晶片的声阻抗小40多倍，故可使透射率提高近40倍硅橡胶声聚焦透镜可使声场能量聚焦，从而进一步提高探头透射率。由于采用了镁合金匹配层，其声阻抗仅为一般压电晶体材料的1/3左右，可使新型探头发出的声波透射率提高3倍；由于镁合金具有良好的塑性，不像压电晶片易碎，作为匹配层可提高探头的抗冲击性及使用寿命，从而起到一定的保护作用。因此可将压电晶片的厚度减薄，直径增大。压电晶片厚度减薄可提高超声频率，频率可由普通探头的1.25MHz提高到2. 5MHz,从而增加检测灵敏度。探头直径可由普通探头的15mm左右提高到30mm左右，压电晶片的面积增加了 4倍，由于超声场的强度与压电晶片的面积近似成正比，故新型探头的声波透射率又可比现有技术探头提高几倍；镁合金塑性好，极易加工，用其加工的匹配层可有效保证匹配层的尺寸精度，其价格较压电晶片又便宜很多，使探头的制造成本下降许多。以下结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。附图说明图I是本技术结构示意图图2是现有技术结构示意图 图中，I-同轴电缆,2-金属外壳,3-吸收块,4-压电晶片，5-绝缘套,6_匹配层，7-声聚焦透镜，9-环形压片，10-螺丝具体实施方式参照图1，空气超声探头在由同轴电缆1，金属外壳2，吸收块3，压电晶片4，绝缘套5构成普通超声探头的基础上，在普通超声探头端面贴合一层匹配层6，再在匹配层6表面加上一层声聚焦透镜7，用金属环形压片9将匹配层6和声聚焦透镜7压紧在普通超声探头压电晶片4的表面，再用4枚螺丝10对称地将金属环形压片9、匹配层6和声聚焦透镜7与金属外壳2连接在一起。由于娃橡胶的声阻抗Z= I. 04X IO6IignTiV1,比压电晶片4的声阻抗小40多倍,故可使透射率提高近40多倍。用其制作声聚焦透镜7后，由于其聚焦作用，又使得声场能量聚焦，从而进一步提高探头透射率。匹配层6选取镁合金是因为匹配层6选用镁合金，其声阻抗仅为一般压电晶体材料的1/3左右，可使新型探头发出的声波透射率提高3倍；由于镁合金具有良好的塑性，不像压电晶片易碎，作为匹配层可提高探头的抗冲击性及使用寿命，从而起到一定的保护作用。因此可将压电晶片的厚度减薄，直径增大。压电晶片厚度减薄可提高超声频率，频率可由普通探头的I. 25MHz提高到2. 5MHz，从而增加检测灵敏度。探头直径可由普通探头的15_左右提高到30_左右，压电晶片的面积增加了 4倍，由于超声场的强度与压电晶片的面积近似成正比，故新型探头的声波透射率又可比现有技术探头提高几倍；镁合金塑性好，极易加工，用其加工的匹配层可有效保证匹配层的尺寸精度，其价格较压电晶片又便宜很多，使探头的制造成本下降许多。匹配层6选用镁合金制作,其厚度δ Mg可选取I 2mm任意厚度。声聚焦透镜7选用硅橡胶制作而成。其中部的厚按度δ @_^可选取3 4.5!11111任意厚度。曲率半径R的选取主要根据探头到检测工件的距离而定，为提高检测灵敏度，应尽可能的小。通过匹配层6和声聚焦透镜7，使得压电晶片4与空气的声阻抗较为匹配，从而使透射率提高几十，甚至上百倍。当把加在压电晶片4两边的脉冲电压幅值由650V提高到1600V时，由于超声波 的声场强度与压电晶片4的直径及脉冲电压幅值成正比，再加上声聚焦透镜使声束能量聚焦，因此，至少可使射入被检工作的超声能量增加几十甚至近百倍。从而，该技术探头可实现空气超声检测。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于非接触式检测的新型空气超声探头，其特征在于：包括同轴电缆(1)，金属外壳(2)，吸收块(3)，压电晶片(4)，绝缘套(5)，匹配层(6)，声聚焦透镜(7)，环形压片(9)，匹配层上(6)端面中间与压电晶片(4)紧贴，声聚焦透镜(7)紧贴匹配层(6)，用金属环形压片(9)将声聚焦透镜(7)和匹配层(6)压紧在压电晶片(4)的表面，再用若干枚螺丝(10)将金属环形压片(9)、匹配层(6)和声聚焦透镜(7)与金属外壳(2)连接在一起，所述的声聚焦透镜(7)采用硅橡胶，其安装直径同金属外壳(2)的外径等大，有效直径同压电晶片(4)的直径等大，所述的匹配层(6)采用镁合金，其直径同金属外壳(2)的直径等大。

【技术特征摘要】
1.一种用于非接触式检测的新型空气超声探头，其特征在于包括同轴电缆(1)，金属外壳(2)，吸收块(3)，压电晶片(4)，绝缘套(5)，匹配层(6)，声聚焦透镜(7)，环形压片(9)，匹配层上(6)端面中间与压电晶片(4)紧贴，声聚焦透镜(7)紧贴匹配层(6)，用金属环形压片(9)将声聚焦透镜(7)和匹配层...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵佩玉，刘万朋，
申请(专利权)人：邵佩玉，刘万朋，
类型：实用新型
国别省市：