一种可探测曲面工件的超声相控阵探头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及超声相控阵探头，具体的涉及一种可探测曲面工件的超声相控阵探头。
【背景技术】
[0002]现有技术中使用的传感器探测面多为平面，但在实际应用中常常需要探测弧面工件(如钢管，圆钢等)的内部结构，此时平面传感器与工件表面为点接触或线接触，这会造成接触的不牢固，影响声束质量从而无法满足使用要求;并且检测曲面形工件采用的一般方法是将工件分成多块“类平面”部分完成整个工件的检测，不仅费时、费力，还很难保证检测精度;而利用双探头甚至多探头对曲面工件进行探测，会增加成本并且耗时。
[0003]因此，本领域技术人员需要设计一种结构简单、可适应多种弧形工件而与工件充分接触、提高探测质量的可探测曲面工件的超声相控阵探头。
【发明内容】
[0004]针对上述不足，本发明提供了一种结构简单、可适应多种弧形工件而与工件充分接触、提高探测质量的可探测曲面工件的超声相控阵探头。其实质上为一种柔性的可适应多种曲率半径弧面的超声相控阵传感器，该探头曲率可调节，避免出现探头只适用于检测面曲率一致的工件探测。
[0005]为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案:
[0006]—种可探测曲面工件的超声相控阵探头，所述探头包括通过互成张角的两夹板固定的柔性阵列换能器，柔性阵列换能器引出同轴电缆置于外壳之中并连接同轴电缆线接口；所述夹板上固定有用于改变柔性阵列换能器曲率的张角微调装置。
[0007]优选的，所述两夹板的一端相对可转动的铰接为一体，其中一个夹板固定在外壳上。
[0008]进一步的，所述张角微调装置包括通过螺纹配合内置于外壳中的螺杆、调节螺杆在外壳中螺纹前进或后退的旋钮;所述螺杆一端与可转动的夹板接触，另一端与旋钮接触，构成当旋钮转动时、螺杆推动与之接触的夹板使得两夹板张角增大或减小的配合。
[0009]进一步的，所述螺杆上装有凹槽滑轮，在与螺杆接触的夹板上设有配合凹槽滑轮卡合的一段导轨;所述凹槽滑轮卡合在该导轨中构成固定螺杆在夹板上的运动轨迹、使螺杆移动时夹板不发生摆动的配合。
[0010]进一步的，所述两夹板之间连接有用于使张角随螺杆后退而自动减小的弹簧。
[0011]进一步的，所述柔性阵列换能器包括依次粘结的柔性匹配层、压电陶瓷晶片构成的振元、聚氨酯片、柔性阻尼背材;其中，所述聚氨酯片设有穿孔，在孔中电镀填充铜，在穿孔两边分别附着阵元和铜电极，铜电极另一面贴附柔性阻尼背材。
[0012]进一步的，所述柔性匹配层采用环氧树脂材料;所述柔性阻尼背材采用包括聚氨酯和金属粉末的聚氨酯吸声吸波材料。
[0013]进一步的，当探头工作频率为5Hz时，所述柔性阵列换能器设为16个振元，间距为
0.55mm，阵元宽度为0.5mm，阵元长度为8.75mm，整个阵列长度为9mm。
[0014]进一步的，所述柔性阵列换能器呈弧形，对应的圆心角不小于120°，即两夹板的张角最小为60°;两夹板的张角最大可至柔性阵列换能器呈可探测平面工件的拉直状态。
[0015]进一步的，所述弹簧在柔性阵列换能器被拉直时形变达到最大值。
[0016]本发明的有益效果在于:
[0017]1)、本发明中柔性阵列换能器即柔性带，通过互成张角的两夹板固定，阵列换能器引出同轴电缆置于外壳之中并连接同轴电缆线接口、用于探测器连接，实现探测功能；同时，本发明在夹板上固定有张角微调装置，通过改变两夹板的夹角，从而调整柔性带的曲率。
[0018]本发明设计出的超声相控阵传感器探测面为柔性，不仅可对多种曲率半径弧面的工件探测作出适应性的调节，而且可探测平面工件;从而实现与工件的充分接触、为提高探测质量提供了有效的保证;并且该探头曲率可调节，可根据不同弧形工件的探测需求对柔性带的曲率做出相应调整，具有较强的通用性。
[0019 ] 2 )、本发明实施例中的柔性带经由MATLAB模拟仿真得知相控阵声束的偏转角应保持在30°内，为使阵列边缘的阵元所发射的声束不干扰其他阵元的振动，弧形阵列所对最小圆心角应为120°，即当两夹板的张角不小于为60°时，能够有效避免发射声束之间的干扰，提尚声束的指向性，从而提尚探测的准确性。
[0020]3)、本发明张角微调装置中在螺杆与夹板的接触处，螺杆上装有凹槽滑轮，凹槽滑轮卡在该夹板上的一段导轨中，通过该设计可以固定螺杆在夹板上的运动轨迹，从而保证螺杆移动时夹板不会摆动，保证了本探头运行的可靠性和稳定性。
[0021]4)、本发明在两夹板之间连接有弹簧，在螺杆前进的时候张角增大，弹簧被拉长发生形变存在收缩的力，张角达到最大时弹簧形变达到最大。螺杆向后移动时弹簧恢复形变，并带动夹板移动使张角减小，而弹簧的设置保证了张角随螺杆后退而自动减小。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的结构简示图。
[0023]图2为本发明柔性阵列换能器的结构简示图。
[0024]图3为本发明柔性阵列换能器的振元示意图。
[0025]图4、5为本发明柔性阵列换能器随张角变化而产生曲率变化的状态图。
[0026]图6为本发明张角微调装置的结构简示图。
[0027]图7为本发明加设弹簧之后的简示图。
[0028]图中标注符号的含义如下:
[0029]1-柔性阵列换能器10-柔性匹配层 11-振元
[0030]12-聚氨酯片13-铜电极14-柔性阻尼背材
[0031]2-夹板20-导轨21-弹簧
[0032]3-同轴电缆30-同轴电缆线接口
[0033]4-外壳
[0034]5-张角微调装置 50-螺杆51-旋钮 500-凹槽滑轮
【具体实施方式】
[0035]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036]如图1所示，一种可探测曲面工件的超声相控阵探头，一种可探测曲面工件的超声相控阵探头，所述探头包括通过互成张角的两夹板2固定的柔性阵列换能器I，柔性阵列换能器I引出同轴电缆3置于外壳4之中并连接同轴电缆线接口 30;所述夹板2上固定有用于改变柔性阵列换能器I曲率的张角微调装置5。
[0037]如图2所示，所述柔性阵列换能器I包括依次粘结的柔性匹配层10、压电陶瓷晶片构成的振元11、聚氨酯片12、柔性阻尼背材14;其中，柔性匹配层10采用环氧树脂材料，用于保护阵元;所述聚氨酯片12设有穿孔，在孔中电镀填充铜，在穿孔两边分别附着阵元11和铜电极13，铜电极13另一面贴附柔性阻尼背材14，柔性阻尼背材14采用包括聚氨酯和金属粉末的聚氨酯吸声吸波材料用于吸收阵元的声波，以免对探测产生干扰。聚氨酯吸声吸波材料中的金属粉末可以采用铝粉