高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头制造技术

本实用新型专利技术为高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头，圆筒形外壳一端安装压电晶片另一端为接头，连接压电晶片的电缆线从接头引出，外壳内压电晶片后方安装有背衬，在压电晶片前方、外壳端部安装声透镜，声透镜聚焦超声波声束并保护压电晶片。外壳外部为密封。本探头为8～16MHz高频、脉冲宽度仅为70～200ns，有利于近场区的检测，有效降低盲区、提高分辨率。压电晶片为直径5～8mm的小晶片，近场区内声束窄，有利于缺陷定位与定量，适合较小厚度工件的检测。电缆线为双层屏蔽高频同轴电缆线。本探头融合了高频、水浸聚焦、窄脉冲，回波脉冲持续时间短、波形单峰性，利于提高超声检测的分辨率、灵敏度和信噪比，更易发现微小缺陷。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于超声检测
，特别涉及一种用于检测工件微小缺陷的高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头。
技术介绍
超声波探伤是属于无损检测中主要的一种。从超声波反射波的位置和波形即可得到金属内部缺陷的深度和缺陷的性质。目前，超声波无损探伤广泛地应用于锻件、铸件和焊接件的质量检测。常规无损检测方法很难发现精密机械加工零件内部的微小缺陷。厚度在8_以下的工件，使用常规的射线检测难以很好地检出其内部缺陷，通常只能使用渗透和磁粉等表面检测方法检测工件表面微小缺陷，但对于结构复杂的工件难以实现自动无损检测。常规超声检测检测盲区较大，分辨率、灵敏度均不足，工件的微小缺陷和近表面缺陷难以检测。
技术实现思路
本技术的目的是设计一种高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头，包括压电晶片、背衬和外壳,在压电晶片前方有声透镜聚焦超声波声束。本技术设计的高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头包括压电晶片、背衬和外壳，圆筒形的外壳一端安装压电晶片，另一端为接头，连接压电晶片的电缆线从接头引出，外壳内压电晶片后方安装有背衬，在压电晶片前方、外壳端部安装声透镜，声透镜聚焦超声波声束，并可保护压电晶片。外壳的外部为密封，以保证水浸条件下安全工作。探头在耦合剂水中不与工件直接接触，超声波的发射与接收比较稳定，探头不易磨损，寿命长，易于实现自动化在线检测，并且超声波在水中便于实现聚焦声束检测，满足高灵敏度、高分辨率的检测要求。本超声波探头为8MHz 16MHz的高频超声波探头具有声束窄，扩散角小、分辨力好，能量集中、缺陷定位准确等特点，适合微小缺陷的有效检测。本高频窄脉冲超声波探头为产生脉冲宽度仅为70ns 200ns的窄脉冲超声波探头，窄脉冲包含的不同频率谐波都有自己的近场、远场和轴线上的声压分布规律，在近场区内不同频率谐波的声压叠加时，峰谷值相互抵消，使得近场区的声压-距离曲线趋于平滑，有利于近场区的检测，有效降低盲区、提高分辨率。所述压电晶片为直径5 8_的小晶片，小晶片超声波探头近场区内声束窄，有利于缺陷定位与定量，适合较小厚度工件的检测。所述压电晶片为钛酸锂材料晶片，压电性能优秀。超声探头发出的超声波会在压电晶片受到电脉冲激励后在晶片的两侧同时产生，利用晶片正面的超声波进行超声检测，而晶片背面的超声波会在反射后产生影响接收信号的干扰波，又由于晶片振动的惯性作用，在电脉冲停止激励后晶片继续振动，从而引起探头脉冲宽度变大，缺陷分辨率降低，在晶片背面安装高性能的背衬是改变探头性能的有效方法。所述背衬为不同目数的钨粉和环氧树脂混合制成的高阻尼背衬，对压电晶片起阻尼和支撑作用，使压电晶片起振后尽快停止振动，减小脉冲宽度，提高分辨率。同时背衬还吸收压电晶片背面产生的超声波，减小对超声信号接收的干扰，提高检测可靠性。所述电缆线为双层屏蔽高频同轴电缆线，将传输的信号完全封闭在电缆导体内部，具有高频损耗低、屏蔽及抗干扰能力强、使用频带宽等特点。在检测过程中可屏蔽外部环境电波对探头激励脉冲和回波脉冲的干扰，并可以防止探头的高频脉冲以电磁波的形式向外辐射影响其他电器。本技术高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头的优点为:融合了高频率、水浸聚焦、窄脉冲等多种性质，回波信号具有脉冲持续时间短、波形单峰性、频带宽和探头标称频率与实测中心频率应一致等特点，利于提高超声检测系统的分辨率、灵敏度和信噪比，更易发现微小缺陷。附图说明图1为本高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头实施例的结构示意图；图内标号为:1、接头，2、夕卜壳,3、背衬,4、电缆线,5、压电晶片,6、声透镜。图2为IOMHz和15MHz的本实施例检测所得波形图和频谱图。A为本例15MHz探头产生的超声波脉冲波形图；B为本例15MHz探头产生的超声波脉冲波形的频谱图C为本例IOMHz探头产生的超声波脉冲波形图；D为本例IOMHz探头产生的超声波脉冲波形的频谱图。具体实施方式本高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头实施例如图1所示，包括压电晶片5、背衬3和外壳2，圆筒形的外壳2 —端安装压电晶片5，另一端为接头I，连接压电晶片5的电缆线4从接头I引出，外壳2内在压电晶片5后方安装有背衬3,在压电晶片5前方、夕卜壳2端部安装声透镜6。外壳2的外部为密封。本超声波探头为IOMHz或15MHz的高频窄脉冲超声波探头。所述压电晶片5为直径6mm的小晶片。所述背衬3为不同目数的钨粉和环氧树脂混合制成的高阻尼背衬。所述电缆线4为双层屏蔽高频同轴电缆线。以欧洲标准学会颁布的EN12668-2:2001《无损检测-超声检查设备的表征及验证-探头》作为测试标准，并结合其它国际标准，对本实施例的水浸超声波探头的频率特性进行测试。该欧洲标准规定了中心频率在0.5 15MHz液浸聚焦探头的回波频率特性的测试方法。实验设备采用基于CTS-04PC超声探伤卡组成的自动超声检测系统作为测试仪器，同时配有长度2πι、50Ω的双层同轴电缆线与探头相连，并使用尖电脉冲激励探头，对指定靶体产生的回波信号进行分析。靶体采用玻璃大平面反射体，靶体的横向尺寸应比探头在聚焦区末端的声束直径宽10倍，厚度比探头波长厚5倍。所以选择长宽厚分别为80mm、80mm,30mm的玻璃平板作为靶体。安装检测仪器与靶体，调整被测探头与玻璃平板反射体的距离至焦距长度，微调探头角度使探头轴线与回波声束处于同轴状态，此时从反射体上表面返回的回波声压瞬时值达到最大，采集此时超声回波即为射频脉冲的波形；再利用离散型傅里叶转换，以闸门监控反射体回波并确定频谱。检测结果如图2所示，图2的C和D分别为本例IOMHz探头产生的超声波脉冲波形图和频谱图，可以看出IOMHz的高频窄脉冲超声探头的回波信号脉冲宽度仅为140ns，相对带宽却有56% ;从图2的A和B分别为本例15MHz探头产生的超声波脉冲波形图和频谱图，15MHz的高频窄脉冲超声探头的回波信号脉冲宽度仅为70ns，相对带宽却有110%，并具有脉冲宽度窄、波形单峰性、频带宽和探头标称频率与实测中心频率应一致等特点。具备该特点的探头在检测中具有优秀的探伤分辨率和数据的再现能力。在实际的检测中可发现0.3 0.5mm的微小缺陷。上述实施例，仅为对本技术的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本技术并非限定于此。凡在本技术的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头，包括压电晶片（5）、背衬（3）和外壳（2），圆筒形的外壳（2）一端安装压电晶片（5），另一端为接头（1），连接压电晶片（5）的电缆线（4）从接头（1）引出，外壳（2）内在压电晶片（5）后方安装有背衬（3），其特征在于：?所述压电晶片（5）前方、外壳（2）端部安装声透镜（6）；所述外壳（2）的外部为密封。

【技术特征摘要】
1.高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头，包括压电晶片(5)、背衬(3)和外壳(2)，圆筒形的外壳(2)—端安装压电晶片(5)，另一端为接头(1)，连接压电晶片(5)的电缆线(4)从接头(O引出，外壳(2)内在压电晶片(5)后方安装有背衬(3)，其特征在于: 所述压电晶片(5)前方、外壳(2)端部安装声透镜(6);所述外壳(2)的外部为密封。2.根据权利要求1所述的高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头，其特征在于: 所述超声波探头为8MHz 16MHz的高频超声波探头。3.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛兴，李宝强，钟庆华，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：实用新型
国别省市：