帶耐磨保護層的工業相控陣探頭的製作方法

2023-07-11 16:03:16

專利名稱：帶耐磨保護層的工業相控陣探頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種帶耐磨保護層的工業相控陣探頭。
背景技術：
現有的帶耐磨保護層的工業相控陣探頭本身由幾部分構成，分別是用於聲發射和 接收的晶片(可以是各種壓電材料，包括1-3，2-2等各類型的複合材料)，晶片本身被分成 多個可以獨立控制工作的陣元，根據需要每個陣元還可以被再分為多個小單元；用於聲吸 收的背材部分(由聲衰減較高的材料製成)；用於電連接的電信號引出部分了 ；以及晶片前 端的匹配層和保護層。相控陣探頭在工作時是通過控制換能器陣中各陣元激勵(或接收) 脈衝的時間延遲，改變由各個陣元發射(或接收)聲波到達被檢物體內部某點時的相位關 系，實現聚焦點和聲束方位的變化，完成聲成像的技術。如圖1、2所示，在採用直接接觸法檢測工件時，傳統的工業用超聲相控陣探頭 1 (包含縱波模式和橫波模式)採用延遲塊或斜塊耦合在探頭髮射面和待測工件之間，因此 在移動檢測時，可以保護探頭髮射面不被磨損。工業用超聲相控陣探頭1通過延遲塊4'或 斜塊3'對待測的被測材料2 (主要是鋼等金屬)進行查掃，因為工業用超聲相控陣探頭1 沒有直接接觸檢測面所以避免了磨損的問題。但是採用上述方案存在幾個問題首先，使用的延遲塊和斜塊材料，一般為聚苯乙烯、有機玻璃、ABS塑料以及其他高 分子材料，這些材料與查掃的鋼之間、以及與換能期的壓電陶瓷存在嚴重的聲阻抗失配，致 使能量不能有效地傳遞，靈敏度低下。為了與延遲塊或斜塊匹配，探頭一般都會設置匹配 層，根據材料的聲學性質，外層匹配層都不會是硬度足夠的耐磨材料。其次，聲波在通過延遲塊材料時，會發生衰減、散射、折射等問題，使相控陣探頭的 聲束特性發生變化，成像效果明顯下降。可是如果不通過延遲塊4'而直接在被測材料2上進行缺陷等方面的查掃，就會 面臨帶耐磨保護層的工業相控陣探頭1嚴重磨損以致損壞的問題。
發明內容本實用新型的目的是對現有技術進行改進，提供一種帶耐磨保護層的工業相控陣 探頭，可以在被測材料上直接進行查掃而不容易損壞，成像效果好，採用的技術方案如下本實用新型的帶耐磨保護層的工業相控陣探頭，包括用於聲發射和接收的晶片、 用於聲吸收的背襯部分及其基臺、用於電連接的電信號引出部分，其特徵在於還包括耐磨 保護層，所述耐磨保護層設在晶片外表面。所述耐磨保護層的聲阻抗率應當位於晶片與鋼等待測的硬質材料的聲阻抗率之 間。一種較佳的方案，所述耐磨保護層的聲阻抗率大於晶片的聲阻抗率、並且小於鋼的聲阻 抗率(其中鋼的聲阻抗率為46. 5X10e6Pa -s/m, 10e6即10的6次方)，這是因為被測材料 主要是鋼，因此耐磨保護層的聲阻抗率最好小於鋼的聲阻抗率。[0011]一種較優的方案，所述晶片的聲阻抗範圍為5-34X10e6Pa · s/m，耐磨保護層的聲 阻抗率範圍為5. 1-50X 10e6Pa · s/m。所述耐磨保護層的厚度範圍為0.01_5mm。所述耐磨保護層的厚度範圍在 0.01-5mm之間，能夠保證耐磨保護層不會影響帶耐磨保護層的工業相控陣探頭的使用效
^ ο一種較優的方案，所述耐磨保護層的厚度範圍為0. 1-lmm。一種簡單的方案，所述耐磨保護層粘在晶片外表面。將耐磨保護層用膠水等粘結 到晶片外表面，是最簡單的一種方案，其缺點是難以更換，一旦耐磨保護層損壞後難以從晶 片外表面取下更換新的耐磨保護層，因此只能整個報廢。一種較優的方案，所述耐磨保護層用固定件可拆卸的固定在晶片外表面。用於採 用固定件固定，因此耐磨保護層損壞後，耐磨保護層能夠從晶片外表面取下，更換一個新的 耐磨保護層後，就能夠重新使用，能夠有效的降低成本。本實用新型對照現有技術的有益效果是，由於採用在晶片外表面直接設置耐磨保 護層的方案取代現有技術的延遲塊、斜塊，使得工業相控陣探頭可以在鋼等硬質材料的表 面上直接查掃，由於耐磨材料本身的高硬度，因此不會對探頭造成損傷，這樣就可以不經過 延遲塊或斜塊而直接成像；由於鋼等硬質材料的聲阻抗率大於耐磨保護層的聲阻抗率，耐 磨保護層的聲阻抗率大於晶片的聲阻抗率，因此耐磨保護層還能起到一定的聲阻抗匹配作 用，從而進一步改善探頭在查掃時的靈敏度，可以避免延遲塊與鋼之間、延遲塊與換能器之 間的聲阻抗失配；另外，由於使用阻抗匹配的耐磨保護層，其厚度可以做得很薄，避免了聲 波在通過延遲塊材料時發生衰減、散射、折射等問題，因此相控陣探頭的聲束特性較好，成 像效果明顯提高。

圖1是本實用新型現有技術的一個結構示意圖；圖2是本實用新型現有技術的另一個結構示意圖；圖3是本實用新型實施例1的結構示意圖。
具體實施方式
實施例1如圖3所示，本實施例中的帶耐磨保護層的工業相控陣探頭，包括用於聲發射和 接收的晶片103、用於聲吸收的背襯部分102及其基臺101、用於電連接的電信號引出部分 105，還包括耐磨保護層104，所述耐磨保護層104設在晶片103外表面。本實施例中，晶片103的材料為PZT-5H，其聲阻抗率為34X 10e6Pa · s/m，耐磨保 護層104的材料為白剛玉，其聲阻抗率為36X 10e6Pa q/m。因此所述耐磨保護層104的聲 阻抗率大於晶片103的聲阻抗率，耐磨保護層104的聲阻抗率小於鋼的聲阻抗率。所述耐磨保護層104的厚度為1mm。所述耐磨保護層104粘在晶片103外表面。實施例2本實施例中的帶耐磨保護層的工業相控陣探頭與實施例1的區別在於複合材料晶片103的聲阻抗率為llX10e6Pa · s/m，耐磨保護層104的聲阻抗率為38X10e6Pa · s/ m0所述耐磨保護層104的厚度範圍為0. 2mm。所述耐磨保護層104用固定件可拆卸的固定在晶片103外表面。用於採用固定件 固定，因此耐磨保護層104損壞後，耐磨保護層104能夠從晶片103外表面取下，更換一個 新的耐磨保護層104後，就能夠重新使用，能夠有效的降低成本。
權利要求一種帶耐磨保護層的工業相控陣探頭，包括用於聲發射和接收的晶片、用於聲吸收的背襯部分及其基臺、用於電連接的電信號引出部分，其特徵在於還包括耐磨保護層，所述耐磨保護層設在晶片外表面。
2.如權利要求1所述的帶耐磨保護層的工業相控陣探頭，其特徵在於所述耐磨保護 層的聲阻抗率大於晶片的聲阻抗率，並且小於待測的硬質材料的聲阻抗率，所述待測的硬 質材料為鋼。
3.如權利要求2所述的帶耐磨保護層的工業相控陣探頭，其特徵在於所述晶片的聲 阻抗範圍為5-34X10e6Pa · s/m，耐磨保護層的聲阻抗率範圍為5. l_50X10e6Pa · s/m。
4.如權利要求1-3中任意一項所述的帶耐磨保護層的工業相控陣探頭，其特徵在於 所述耐磨保護層的厚度範圍為0. 01-5mm。
5.如權利要求4所述的帶耐磨保護層的工業相控陣探頭，其特徵在於所述耐磨保護 層的厚度範圍為0. 1-lmm。
6.如權利要求4所述的帶耐磨保護層的工業相控陣探頭，其特徵在於所述耐磨保護 層粘在晶片外表面。
7.如權利要求4所述的帶耐磨保護層的工業相控陣探頭，其特徵在於所述耐磨保護 層用固定件可拆卸的固定在晶片外表面。
專利摘要一種工業相控陣探頭，包括用於聲發射和接收的晶片、用於聲吸收的背襯部分及其基臺、用於電連接的電信號引出部分，其特徵在於還包括耐磨材料層，所述耐磨材料層設在晶片外表面。本實用新型的有益效果是，工業相控陣探頭可以在鋼等硬質材料的表面上直接查掃，由於耐磨材料本身的高硬度，因此不會對探頭造成損傷，這樣就可以不經過延遲塊或斜塊而直接成像；耐磨材料層還能起到一定的匹配作用，從而進一步改善探頭在查掃時的靈敏度，可以避免延遲塊與鋼等硬質材料之間、延遲塊與換能器之間的聲阻抗失配；另外，耐磨材料層的厚度可以做得很薄，避免了聲波在通過延遲塊材料時發生衰減、散射、折射等問題，因此相控陣探頭的聲束特性較好，成像效果明顯提高。
文檔編號G01N29/06GK201697899SQ20102016213
公開日2011年1月5日 申請日期2010年4月10日 優先權日2010年4月10日
發明者吳錦川, 姚立恆, 蔡恆輝 申請人:汕頭市超聲儀器研究所有限公司