一种超声波干耦合探头装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及利用超声波、声波或次声波来测试或分析材料，靠发射声波或声波通过物体得到物体内部的影像技术领域，具体涉及一种超声波干耦合探头装置。
【背景技术】
[0002]超声波检测方法按是否需要耦合剂分为湿耦合和干耦合两种方法。采用湿耦合检测方法，需要在超声波探头和被检物体表面之间涂一层液体耦合剂。湿耦合检测方法由于超声波耦合效果好，能量损失小，具有较高的检测灵敏度，但被检测试件需要涂抹耦合剂，对于一些表面不允许浸染液体的产品则不能使用湿耦合方法检测，只能选用干耦合。目前，国内的干耦合检测方法主要在普通的超声波探头与被检测物体表面之间增加一层软橡胶层，通过施加一定的压力使探头与被检测物体表面紧密贴合，以此实现干耦合。这种方法的主要缺点是超声波在橡胶层中能量衰减很大，接收灵敏度较低，耦合压力变化对于检测结果影响很大。使用这种方法检测时一般需要两个超声波探头，一个用于发射超声波，另一个用于接收超声波，检测时将被检测物体置于两个探头之间，发射探头从被检测物体的一侧发射超声波，超声波穿过物体后被另一侧的探头接收。因此这种干耦合检测方法要求被检测物体两侧具有可达性，属于双面检测(或透射检测)。显然，对于那些只能单面可达的结构(如密闭结构，其内表面无法到达)，无法采用这种干耦合方法。
【发明内容】
[0003]本实用新型旨在针对不适于涂抹耦合剂而又需要单面检测的物体提出一种超声波干耦合探头装置。
[0004]本实用新型的技术方案在于:
[0005]一种超声波干耦合探头装置，包括设有两个电缆接头的探头工装以及安装在探头工装上的两个探头，两个电缆接头与两个探头电相连；所述的探头由壳体以及与通过壳体组装在一起的三叠片压电振子和变幅杆组成；壳体内设有一阶梯状通孔，其通孔上端内从下向上依次设有三叠片压电振子以及锁紧装置；通孔下部设置一变幅杆，变幅杆一端与三叠片压电振子接触连接，另一端伸出通孔。
[0006]所述的锁紧装置由压环、压紧螺母以及锁紧螺母组成；其中，三叠片压电振子、与压环、压紧螺母依次接触连接，压紧螺母与锁紧螺母螺纹连接。
[0007]所述的三叠片压电振子由并联的两片压电晶片以及夹在之间的金属片相互粘接而成，压电晶片与金属片为直径相同的圆片，两片压电晶片上分别连接有电缆，两根电缆与电缆接头分别相连。
[0008]所述的探头工装由基座、顶盖以及电缆接头组成；基座上设有两个内径与壳体尺寸相匹配的孔，探头固定于该孔内。
[0009]所述的探头工装基座为长方体结构，基座底面设有4个支脚。
[0010]本实用新型的技术效果在于:
[0011]本实用新型采用三叠片压电振子和变幅杆设计，有效减小了压电振子和被检测物体之间传播时的能量损失，能提高接收灵敏度。设计的压力调节装置可根据不同的检测对象调节耦合压力大小，并维持最佳耦合压力，确保检测结果不受耦合压力变化影响。探头工装保证了发射探头和接收探头之间的相对位置不变，且处于同一平面内，能够实现对物体的单面检测。
【附图说明】
[0012]图1三叠片压电振子结构示意图。
[0013]图2探头结构示意图。
[0014]图3探头工装结构示意图。
[0015]其中，1-压电晶片，2-金属片，3-电缆，4-三叠片压电振子，5-壳体，6-绝缘卡环，7-橡胶圈，8-压环，9-锁紧螺母，10-压紧螺母，11-电缆接头，12-变幅杆，13-顶盖，14-基座，15-弹簧，16-压力调节螺杆，17-压块。
【具体实施方式】
[0016]实施例1
[0017]三叠片压电振子4由并联的两片压电晶片I以及夹在之间的金属片2相互粘接而成，压电晶片I上分别连接有电缆3，如图1所示。金属片2材料为铝，厚0.4mm，直径1mm ;压电晶片I材料为PZT压电陶瓷，厚0.4mm，直径1mm;铝片和压电晶片I之间通过导电胶粘剂粘接在一起；压电晶片I的电路连接方式为并联，从上下表面各引出一根电缆3。压电振子的作用是发射超声波或接收超声波:根据逆压电效应，当在压电振子两电极之间施加一个高压电脉冲时，振子会产生机械振动从而发射超声波；根据压电效应，当压电振子表面受到超声波激励产生振动时，两电极之间会产生一定的电压。
[0018]变幅杆12是由透声材料制成的圆柱体，其直径为压电振子直径的1/3，为3mm，长度为1/2波长，为12_ ;变幅杆12使压电振子与被检测物体表面更好地匹配耦合，由于变幅杆12具有良好的透声性能，能有效地减少超声波在压电振子和被检测物体之间传播时的能量损失，提高检测灵敏度。
[0019]探头结构如图2所示，由壳体5、绝缘卡环6、橡胶圈7、压环8、锁紧螺母9和压紧螺母10组成。壳体5由不锈钢材料机械加工制成，壳体5为底面相交的圆柱体与圆锥体的结合，外径16mm，高度22mm，壳体5内部为一直径14mm、深度1mm的阶梯状通孔，上端加工M14的内螺纹，通孔直径3mm，与变幅杆12直径相同。三叠片压电振子4与通孔上部之间设有绝缘卡环6，绝缘卡环6由工程塑料制成，其外径与沉孔直径相同，内径与三叠片压电振子4直径相同，高度为2_。压环8由不锈钢材料机械加工制成，形状呈圆桶形，外径与通孔上部相同，在其底部加工一个外径为5mm、高度为0.5mm的凸块，凸块外套一个内径5mm、夕卜径7_的橡胶圈7。在压环8底部靠近边缘处开直径1_的通孔，用于穿过压电振子的电缆
3。压紧螺母10由不锈钢材料机械加工制成，形状呈圆桶形，外表面加工有M14的外螺纹，内径10_，底部中央开有圆孔，用于穿过压电振子的电缆3。锁紧螺母9由不锈钢材料机械加工制成，外径22mm，内侧加工有M14内螺纹。
[0020]探头装配过程如下:先将绝缘卡环6放入壳体5内，将三叠片压电振子4放入绝缘卡环6内，然后将橡胶圈7套在压环8的凸台上，将压环8放入壳体5内并挤压绝缘卡环6，将压电振子的电缆3穿过压环8上的通孔。将压紧螺母10旋入壳体5内，将压环8压紧。将锁紧螺母9在压紧螺母10上端，使之锁紧。最后将变幅杆12从圆锥底端的通孔伸入壳体5内部，使其上端挤压三叠片压电振子4。
[0021]探头工装由基座14、顶盖13和电缆接头11组成，结构如图3所示。基座14由铝合金材料机械加工制成，为长方体结构，在其下底面加工有4个支脚，高度5_，处于同一平面内。基座14加工有两个圆形孔，直径与探头壳体5外径相同，分别安装两个探头，分别用于发射和接收超声波。顶盖13由铝合金材料机械加工制成，四角通过螺钉与基座14连接。顶盖13侧面安装有两个电缆接头11，接头内部与探头从压电振子引出的电缆3相连。
[0022]实施例2
[0023]顶盖13上与两个探头相对的位置上分别设有一 M3的螺孔；螺孔内设有压力调节装置。压力调节装置由弹簧15、压力调节螺杆16和压块17组成。弹簧15的外径与压紧螺母10的内径相同。压力调节螺杆16长度35mm，外螺纹直径为M3。压块17上设有一凸台，弹簧15插入凸台中，压块17上端直径大于弹簧15外径。压块17中央加工直径3mm的盲孔，压力调节螺杆16的下端可以伸入盲孔内。压力调节装置用于调节探头与被测物体之间的耦合压力，通过旋转压力调节螺杆16，可以改变耦合压力大小。当顺时针旋转调节螺杆时，压块17下降，弹簧15被压缩，耦合压力增大；逆时针旋转调节螺杆时，压块17上升，弹簧15松弛，耦合压力减小。对于不同的检测对象，通过压力调节装置将耦合压力调整至最佳值，能够减小耦合压力变化对检测结果的影响。
[0024]本实用新型的使用方法为:进行超声波检测前，将探头电缆接头11分别与超声波检测仪的发射端和接收端相连接，然后将干耦合探头放至被测物体表面，施加压力使探头工装底部的支脚完全与被测物体表面接触。旋转压力调节螺杆16，根据超声波检测仪接收到的超声波信号变化情况，确定最佳耦合压力。在被检测物体表面移动干耦合探头，移动过程保持探头工装底部的支脚与被测物体表面始终接触，根据超声波检测仪接收到的超声波信号变化即可对物体内部缺陷进行判断。
【主权项】
1.一种超声波干耦合探头装置，包括设有两个电缆接头的探头工装以及安装在探头工装上的两个探头，两个电缆接头(11)与两个探头电相连；其特征在于:所述的探头由壳体(5)以及与通过壳体(5)组装在一起的三叠片压电振子(4)和变幅杆(12)组成；壳体(5)内设有一阶梯状通孔，其通孔上端内从下向上依次设有三叠片压电振子(4 )以及锁紧装置；通孔下部设置一变幅杆(12)，变幅杆(12) 一端与三叠片压电振子(4)接触连接，另一端伸出通孔。
2.如权利要求1所述的一种超声波干耦合探头装置，其特征在于:所述的锁紧装置由压环(8)、压紧螺母(10)以及锁紧螺母(9)组成；其中，三叠片压电振子(4)、与压环(8)、压紧螺母(10)依次接触连接，压紧螺母(10)与锁紧螺母(9)螺纹连接。
3.如权利要求1所述的一种超声波干耦合探头装置，其特征在于:所述的三叠片压电振子(4)由并联的两片压电晶片(I)以及夹在之间的金属片(2)相互粘接而成，压电晶片(I)与金属片(2)为直径相同的圆片，两片压电晶片(I)上分别连接有电缆(3)，两根电缆(3)与电缆接头(11)分别相连。
4.如权利要求1所述的一种超声波干耦合探头装置，其特征在于:所述的探头工装由基座(14)、顶盖(13)以及电缆接头(11)组成；基座(14)上设有两个内径与壳体(5)尺寸相匹配的孔，探头固定于该孔内。
5.如权利要求4所述的一种超声波干耦合探头装置，其特征在于:所述的探头工装基座(14)为长方体结构，基座(14)底面设有4个支脚。
【专利摘要】本实用新型涉及一种超声波干耦合探头装置。一种超声波干耦合探头装置，包括探头工装以及通过探头工装固定安装的两个探头以及电缆接头，电缆接头与探头相连；所述的探头由通过壳体组装在一起的三叠片压电振子以及变幅杆组成；壳体内设有一沉孔，沉孔底部设有一通孔；沉孔内从下向上依次设有三叠片压电振子以及锁紧装置；通孔内设有一变幅杆，变幅杆伸出通孔，且与三叠片压电振子接触连接。本实用新型采用减小了压电振子和被检测物体之间传播时的能量损失，提高接收灵敏度。设计的压力调节装置可根据不同的检测对象调节耦合压力大小，探头工装保证了发射探头和接收探头之间的相对位置不变，且处于同一平面内，能够实现对物体的单面检测。
【IPC分类】G01N29-24
【公开号】CN204422486
【申请号】CN201520079962
【发明人】李剑, 艾春安, 武文明, 王学仁, 徐志高, 刘新国, 韩兆林, 蔡笑风
【申请人】中国人民解放军第二炮兵工程大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年2月4日