专利名称：一种平板无损检测的超声导波换能器的制作方法
技术领域：
本发明是一种用于平板构件超声无损检测的平板无损检测的超声导波换能器，涉及超声波的测量和管道系统技术领域。
背景技术：
与传统的超声波技术相比，利用超声导波在固体介质中的传播特性来检测材料和结构的新技术具有更灵敏、更经济的特点。超声导波具有频散的性质，需要理论上求解出导波的相速度、群速度及衰减随频率变化的关系，这样才能更好地来指导实际的检测工作。然而，超声导波的传播机理尚有待于进一步的研究才能更好地指导工程实践。工程中常用的板中超声导波传感器形式有压电斜楔换能器、电磁声换能器、梳状换能器、叉指换能器、磁致伸缩换能器、激光超声换能器等。以上换能器各有特点，但当用一板材超声导波无损检测时，压电斜楔导波换能器在入射能量高、检测距离长、分辨力大、投 资少、经济效益好等方面占有一定的优势，在一般工程检测应用中性价比较高，而其它换能器当检测距离增大时缺陷的分辨率也随之增大。CN201177617Y(2009年I月7日)公开了一种无损检测的超声导波换能器，它由压电晶片、具有特殊几何参数的楔块、背衬、外壳组成。但它不能更好地吸收声能，不能很好地适应不同厚度板材的远距离测试。
发明内容
本发明的目的是发明一种结构简单、经济适用、检测距离远、分辨率高的平板无损检测的超声导波换能器。本发明是一种用于平板超声导波无损检测的压电斜楔导波换能器，用一板材无损检测。本发明是基于声波的频率、波长、板材的厚度、声波斜入射、压电晶体的几何尺寸、探测距离等所有因素综合考虑的结果。本超声导波换能器的结构见图I-图3，与已有技术一样，它由压电晶片4、具有特殊几何参数的楔块3、前衬I、外壳组成。在楔块3顶角的一侧面安装压电晶片4，顶角的另侧面粘附有前衬1，且在靠近顶角处均匀排布有锯齿2，楔块3外罩有外壳。其特征是楔块3为铜材质，顶角为直角，其中一底角的角度为37 50°，另一底角为其余角；锯齿面的锯齿槽深I 2mm,节距I 3mm,槽底角50 70° ;其中压电晶片4与楔块3之间用环氧树脂在100 120°C的温度下适当加压并进行烘烤粘接即可；前衬I为钨粉烧结而成；
楔块3与外壳采用过盈配合，安装时仅需将其压装即可，在以后的使用中进行结构上维护时只需要将其分离便可，保证了检测使用的方便性。通过变换不同的激发脉冲频率，可激发不同波长的超声波，适用于不同厚度板材的远距离检测。为了说明上的简洁，本发明只对超声导波换能器的内部结构进行了说明，具体的 换能器外壳、晶片引线等只需参照一般换能器的设计制作工艺即可，可根据现场的工艺条件进行灵活确定。本超声导波换能器具有如下特点(I)结构简单；(2)探头使用维护方便；(3)适用于长距离板材的检测。
图I导波换能器结构正视2导波换能器结构侧视3PZT晶片示意4导波换能器结构激发性能测试波形5导波换能器检测能力测试波形6导波换能器检测能力测试波形图其中I-前衬 2-锯齿3-楔块 4-压电晶片
具体实施例方式实施例.本例的结构见图I-图3，它由压电晶片4、具有特殊几何参数的楔块3、前衬I、外壳组成。在楔块3顶角的一侧面安装压电晶片4，顶角的另侧面粘附有前衬1，且在靠近顶角处均匀排布有锯齿2，楔块3外罩有外壳。其中铜质楔块3材料为铜，楔块顶角为直角，另一底角为43度，铜楔块锯齿深1mm，节距为 2mm ；压电晶片4的长度为26mm，宽度为20臟，厚度为Imm ；压电晶片4与铜质楔块3之间用环氧树脂在120°C的温度下适当加压并进行烘烤粘接;前衬I为钨粉烧结；楔块3与外壳采用过盈配合。为了进一步压缩回波的波包，要考虑导波换能器进行结构的设计改善，通过加适当的背衬来减少探头铜楔块内的回波干扰，如图4所示为楔块不加背衬时的始波有4个明显的峰值，图5所示为楔块不加背衬时的始波只有I个不明显的峰值，可见，通过改变、控制多种工艺参数，达到了减少探头内的回波干扰，达到了进一步压缩回波波包的目的。对于检测信号来讲，缺陷信号波包得到了压缩，虽然在灵敏度余量较大的情况下幅值有所下降，这不影响检测效果，如图6所示。图6所示为导波换能器对孔的检测能力在IOmm厚、3m长的钢板上对当量直径为20mm孔的检测回波为4 5次，距离相当于12000mm。试验表明本发明所设计的导波换能器，在IOmm厚的钢板上对当量直径为20mm孔检测距离为12000mm，能够满足板材超声无损检测的多数需求。 本例经试验，结构简单，探头使用维护方便，适用于长距离板材的检测，适用于不同厚度板材的远距离检测。
权利要求
1.一种平板无损检测的超声导波换能器，它由压电晶片(4)、具有特殊几何参数的楔块(3)、前衬(I)、外壳组成；在楔块(3)顶角的一侧面安装压电晶片(4)，顶角的另侧面粘附有前衬(I)，且在靠近顶角处均匀排布有锯齿(2)，楔块(3)外罩有外壳；其特征是楔块(3)为铜材质，顶角为直角，其中一底角的角度为37 50°，另一底角为其余角；在楔块(3)靠近顶角处均匀排布有锯齿(2)。
2.根据权利要求I所述的一种平板无损检测的超声导波换能器，其特征是所述锯齿(2)的锯齿槽深I 2_，节距I 3_，槽底角50 70°。
全文摘要
本发明是一种平板无损检测的超声导波换能器，涉及超声波的测量和管道系统技术领域。它由压电晶片(4)、具有特殊几何参数的楔块(3)、前衬(1)、外壳组成；在楔块(3)顶角的一侧面安装压电晶片(4)，顶角的另侧面粘附有前衬(1)，且在靠近顶角处均匀排布有锯齿(2)，楔块(3)外罩有外壳；其特征是楔块(3)为铜材质，顶角为直角，其中一底角的角度为37～50°，另一底角为其余角；在楔块(3)靠近顶角处均匀排布有锯齿(2)。本发明结构简单、经济适用、检测距离远、分辨率高。
文档编号G01N29/34GK102778511SQ201110124609
公开日2012年11月14日 申请日期2011年5月13日 优先权日2011年5月13日
发明者任重, 佟文强, 冯展军, 刘哲, 刘广文, 王禹钦, 王维斌, 艾慕阳, 赵丑民, 陈健峰 申请人:中国石油天然气股份有限公司