一种用于复合材料结构筋条区检测的超声阵列换能器的制作方法

技术特征：

1.一种用于检测复合材料结构筋条区的超声阵列换能器，其特征是，超声阵列换能器包括线超声阵列传感器单元(1)、超声透射镜(2)、超声反射镜(3)，

1)超声阵列换能器的结构组成

超声传感器单元(1)由线阵列压电晶元(1A)、匹配层(1B)、外壳(1C)、连接座(1D)、连接线(1E)、阻尼块(1F)、封盖(1G)组成，

线阵列压电晶元(1A)由N个长L×宽W的压电晶元组成，这里，e_i为线阵列压电晶元(1A)中的第i个压电晶元，i＝1,2,...,N，其中每个压电晶元e_i的负极共地，每个压电晶元e_i的正极彼此电器隔离，

外壳(1C)为一长方体加工而成，在此长方体内部加工有左右贯通内长方孔，在此长方体下端前后外侧加工有均布的2个小凸台(1H)，每个凸台(1H)中加工有一贯穿通孔，在外壳(1C)上端面的中心位置加工有2个螺纹孔，

匹配层(1B)为一透射材料制成的矩形薄片，与外壳(1C)的贯通内长方孔间隙配合，

阻尼块(1F)由环氧树脂和阻尼材料混合而成，

封盖(1G)外形尺寸与外壳(1C)的外形尺寸匹配，在封盖(1G)的端面上加工有2个通孔，此2个通孔的位置与外壳(1C)上端面的中心位置2个螺纹孔相匹配，在封盖(1G)的中心位置加工有一插座连接孔，

超声透射镜(2)由一矩形透声材料块加工成，此矩形透声材料块一个端面加工为45°的斜切面，矩形透声材料块的其它端面均为矩形平面，所有端面研磨抛光，超声透射镜(2)斜切面的两侧面靠近矩形平面的位置上加工有两个均布的带有小螺纹孔的小凸台，此小凸台中的小螺纹孔与外壳(1C)下端前后外侧均布的2个小凸台(1H)上的贯穿通孔同轴和位置匹配，在超声透射镜(2)靠近斜切面位置的前后两侧加工有两个45°小斜凸台，小斜凸台中加工有45°的小通孔，

超声反射镜(3)由一矩形高声反射材料块加工成，此矩形高声反射材料块的一个端面加工为45°的斜切面，且斜切面研磨抛光后，再镀上声反射层，矩形高声反射材料块的其它面均为矩形平面，且此矩形平面研磨抛光，在超声反射镜(3)45°的斜切面一侧的前后两侧加工有两45°小凸台，此小凸台中加工有小螺纹孔，此螺纹孔与超声透射镜(2)45°斜切面位置的前后两侧两个45°的小通孔同轴和位置匹配；

2)超声阵列换能器的结构连接装配

将负极连接线的一端与线阵列压电晶元(1A)的共地端连接，将线阵列压电晶元(1A)与匹配层(1B)通过环氧树脂胶接，将正极连接线的一端与线阵列压电晶元(1A)中的每个电晶元e_i的上端正极连接，将连接好的线阵列压电晶元(1A)、匹配层(1B)及连接线一起置于外壳(1C)的下端长方内孔中，通过树脂使匹配层(1B)与外壳(1C)的长方内孔的周围预粘接固定，并使脂使匹配层(1B)下端面与外壳(1C)下端面齐平，然后，将配备好的阻尼块(1F)从外壳(1C)的上端长方内孔开口处进行灌封，封装完毕，将连接座(1D)与封盖(1G)安装固定，将线阵列压电晶元(1A)中的各正、负极连接线(1E)的另一端与连接座(1D)中的相应端子连接，将封盖(1G)与外壳(1C)上端通过螺纹连接，完成了上述装配后，对匹配层(1B)再次进行研磨后，将超声透射镜(2)上端面与匹配层(1B)的下端面保持声学接触耦合，并由螺钉通过外壳(1C)两小凸台(1H)中的小通孔将超声透射镜(2)上端前后两侧小凸台中的螺纹孔连接锁紧，将超声反射镜(3)上端斜面与超声透射镜(2)下端斜面保持声学接触耦合，并由螺钉通过超声透射镜(2)中的斜切面位置的前后两侧45°小斜凸台中的小通孔与超声反射镜(3)中的45°的斜切面一侧的前后两侧45°小凸台中的小螺纹孔连接锁紧，至此完成了超声阵列换能器的工艺制备和组装。

2.根据权利要求1所述的一种用于检测复合材料结构筋条区的超声阵列换能器，其特征是，超声传感器单元(1)中的线阵列压电晶元(1A)由N个长L×宽W的压电晶元组成，W的取值范围为1.5mm-3.0mm之间。

3.根据权利要求1所述的一种用于检测复合材料结构筋条区的超声阵列换能器，其特征是，根据被检测复合材料结构筋条区的材料和厚度不同，阻尼块(1F)中的环氧树脂与阻尼材料按1:1～1:3之间的重量比例进行混合。

4.根据权利要求1所述的一种用于检测复合材料结构筋条区的超声阵列换能器，其特征是，超声传感器单元(1)中的线阵列压电晶元(1A)的频率取值范围为5.0MHz-10.0MHz之间。

5.根据权利要求1所述的一种用于检测复合材料结构筋条区的超声阵列换能器，其特征是，超声透射镜(2)选用低声衰减的非金属材料制成，超声反射镜(3)的材料选择按式(2)选择。

ρ₂υ₂≥6ρ₁υ₁，

这里，ρ₁，υ₁——分别为超声透射镜(2)的密度和声速，

ρ₂，υ₂——分别为超声反射镜(3)的密度和声速。

6.根据权利要求1所述的一种用于检测复合材料结构筋条区的超声阵列换能器，其特征是，超声传感器单元(1)中的线阵列压电晶元(1A)采用并行方式工作或通过电子延时实现相控制方式工作，用于不同检测效率条件下的复合材料筋条区的快速超声可视化检测。

7.根据权利要求1所述的一种用于检测复合材料结构筋条区的超声阵列换能器，其特征是，超声传感器单元(1)由个压电晶元构成，N根据被检测复合材料筋条区底边或立边的宽度w按下式确定其最小整数值：

8.一种利用权利要求1所述的一种用于检测复合材料结构筋条区的超声阵列换能器进行测试的方法，其特征是，将组装完成后的超声阵列换能器与超声阵列单元进行连接，使超声透射镜(2)的斜切面与复合材料测试试样表面声学接触耦合，依次接通线阵列压电晶元(1A)中的每个压电晶元e_i，压电晶元e_i产生的入射声波和反射声波沿路径(1M)传播，观察其来自复合材料测试试样中的底面回波信号根据的有无和大小判别每个电晶元e_i是否工作正常，并记录每个来自每个压电晶元e_i的的幅值分贝值dB_i。