無近場區直探頭的製作方法

2023-05-05 19:24:36 1

專利名稱：無近場區直探頭的製作方法
無近長區直探頭，屬於無損檢測技術領域，應用於超聲波檢測中。
如何解決近場區內的缺陷檢測問題，早為國內外的無損檢測專家、學者，研究者，追求著，但到現在仍沒有研究結果。從探頭輻射出去的超聲波，在近場區內進行著激烈的幹涉，造成複雜的聲壓分布，在這個區域內，對缺陷進行定位定量定性都是較困難，已致不可能的。
我設計的無近場區直探頭，聲波進入介質時，介質已處於三倍近場長度以外，設計依據的道理有3條1、園盤源(元形壓電晶片)在大於園盤直徑的介質中傳聲，半擴散角按已有的公式，是可以計算的。而在小於園盤直徑D的介質中傳聲，半擴散角保持不變(d＞＞λ)，如

圖1、圖2。即是說，只要壓電晶片直徑，振動頻率傳聲介質不變，圖示兩種情況下，半擴散角都是一樣的。
2、附圖1、圖2兩種耦合情況，在計算介質中的近場長度時，所使用的直徑不同，一個為D，一個為d。因為造成近場長度的根本原因，是園盤源中點聲原的互相干涉，這種幹涉又以園盤邊緣最為利害，利用聲波在小於園盤的介質中入射，既可以減少園盤中的幹涉點，又避開了園盤邊緣的重大影響。按一般半擴散角θ。＝sin-11.22λ/D與近場長度N＝D2/4λ的關係，指向性與近場長度是互相制約的，即指向性好，近場長度長，反之近場長度短但指向性變坯兩者總不能兼顧。按1、2條道理來設計探頭，則得到在擴散不變的條件下，調整入射端面的直徑，近場長度則可任意調整，實際上分離了擴散角與近場長度的關係。
3、當主動探頭輻射的超聲能量，首先通過傳聲軒，再通過接收壓電晶片，最後才進入被查介質。由實驗知道，通過傳聲杆與不通過傳聲杆聲能損失多反應在傳聲杆中的衰減，如主動探頭為Φ20.25MC，當探測到h20Φ2平底孔時，尚餘40db左右，不影響其實用價值。
自發明用超聲波來檢測介質中缺疵以來，對近場區內的缺陷檢測就一直存在著困難，主要對缺陷定量不準，定位不準。現發明無近場區直探頭，超聲波進入被檢介質後，介質已處於三倍近場長度以外，可以用遠場計算公式，較易、較準確的解決以上問題。
無近場區直探頭的結構，實為兩個探頭組合構成，一個探頭作發射一個探頭作接收，發射與接收探頭之間連以傳導杆，如圖3。圖面說明1、主動探頭，為一普通的收發直探頭。
2、被動探頭，只起接收聲波作用。
3、傳聲柱、錐形有機玻璃傳聲柱，對於Φ20.5MC主動探頭來說，設計為上端傳聲面為Φ3.6mm，下端面為Φ5.3長18mm聲波可以自由擴散傳播，同時又可以穩靠的接收主動探頭的聲能入射。
4、防散射檔板為-0.3mm厚的金屬同心園片，防止主動探頭的聲能在傳聲柱中傳導時，散射到接收膠中，被接收晶片接收時，形成雜波。
5、為鎂金屬片δ＝0.26mm，便於聲波能順利地進入被撿介質，也使缺陷波多餘的聲能，消失在有機柱中。
目前，超聲波探傷使用的探頭，在被檢介質中，有探頭就有近場區存在。消除聲幹涉的探頭還沒有過。改善近場區聲壓的探頭如高斯探頭早已研究出來，由於它本身一些缺點，沒有廣泛使用。現以高斯探頭、無近場區直探頭作一比較以下簡稱高斯探頭為「高」，無近場直探頭為「高」。
1、「高」的測試曲線往往從20mm以上作起(鋼中)，而「無」可以從1-2mm開始，即在被檢介質中，探測距離更近。
2、「高」半擴散角大，在距離相同條件下，聲壓減小到軸線上聲壓30％時，擴散角按Sin30＝1.22λ/2R。則指向性不好，橫向分辯率也不高。而「無」遵循球面波的規律，第一零值的半擴散角按Sinθ。＝1.22λ/2R。即指向性好，加之入射到被檢介質中的聲束較細，橫向解析度也高。
3、「高」與等效直徑的一般園盤源相比，軸線上聲壓降低了許多，與「無」相比，同情況時，靈敏度大大降低，如圖4。
4、「無」；進入介質的聲場，已在三倍近場以外，適用於球面波的缺陷計算式，測定缺陷當量大小，都簡單化。而「高」聲壓，按「高」聲壓曲線變化不服從球面波公式。
在後來的直探頭發展中，有了雙晶直探頭，聚焦探頭，榨脈衝探頭等，它們總的特點是，提高了發現缺陷能力的範圍，但都不具有減少聲場幹涉的作用，也不適用於當量計算公式。
以下是無近場區直探頭的特有的幾點優點1、由實測的平板曲線圖5可知，這是一條均勻下降的曲線，沒有聲壓起伏較大的變化。在ZBJ7400-3-88的規定中，6-20mm以內的鋼板，使用雙晶探頭。對雙晶探頭的距離波幅曲線規定必須滿足在3mm、9mm上波幅與最高波幅差-3～-6db範圍內，這就要求作具體的測試曲線，探起傷來諸多不便。面使用無近場區直探頭能一切都變得簡單、快速，憑反射量直接確定缺陷大小。
2、看實測曲線圖6、7，那是對平底孔Φ2、Φ4的測試曲線，從曲線中看出，缺陷面積增大一倍，分貝差12db，有些點差10db那也在允許偏差範圍以內，符合超聲波遠場計算公式。另外對於橫通孔的測試，即長橫孔，直徑大一倍，分貝差3db左右，實測值也符合遠場計算式。
3、由於無近場區直探頭的探測距離近達1-2mm，聲束截面小，橫向分辯率高，又可當量計算。所以用它代替射線檢測焊縫，復驗X射線片的缺陷，顯得快速方便。
4、無近場區直探頭，用主動探頭調整入射頻率，宜於粗晶探傷使用。
5、無近場區直探頭，為首推的一種品種，用此方法可以設計短前沿橫波探頭，縱橫波組合探頭、聚焦探頭、特別的測厚探頭等。
說明書續頁圖5、6、7、無近場區直探頭實測曲線測試條件1、儀器CTS-22型。
2、探頭5MC無近場區直探頭。
3、試塊階梯試塊(自製)大平底測試曲線用。
4、橫通孔試塊(自製)，橫孔測試曲線用。
5、平底孔試塊(濟寧模具廠制)，平底孔測試曲線用。
6、儀器狀態通常。
權利要求
主要分以下四個方面1、利用壓電晶體中心部分輻射聲能來檢測缺陷，或作別的測試的方式。
2.直探頭在遠大於其壓電晶體的直徑D的某介質中傳播時，有固定的擴散角，而在小於D的相同介質中傳播時其擴散角保持不變。
3.直探頭在小於其壓電晶體直徑D的介質中傳聲，近長長度N由介質端面直徑d(d＞＞λ)和介質中超聲波的波長λ決定即N＝d2/4λ。
4.無近長區直探頭的結構形式，即主動探頭，接收探頭，傳聲柱，接收膠以及互相連結的形式。
全文摘要
無近場區直探頭，在無損檢測技術中，主要用於介質的近區探測。該探頭的聲場進入被檢介質時已處於三倍近場以外，從已測定的聲程2mm-20mm(鋼)的曲線來看，大平底Φ
文檔編號G01N29/04GK1155079SQ9610583
公開日1997年7月23日 申請日期1996年5月6日 優先權日1996年5月6日
發明者張光裕 申請人:張蜀月