专利名称：一种超声波探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及超声波探头，尤其涉及一种用于无损检测领域里的超声波探头。
背景技术：
超声波检测是无损检测领域内的五大常规检测方法之一，其具备环境污染小等优点，因此在工业无损检测上得到了广泛的应用。超声波检测中用于产生超声波激励信号和接收超声波返回信号的部件为超声波探头。现有技术中超声波探头的种类繁多，用途各异，但它们的基本机构一般均包括由晶片、保护膜(或透声块)以及与仪器连接的高频电缆插件、支架、外壳等。其中，目前国内外使用的基于压电效应的超声波探头，都是采用有机玻璃或聚砜类材料做楔块，形成探头的检测面，当这样的超声波探头对金属工件进行检测时，如果被检的金属工件的检测面比较粗糙时，这种有机玻璃或聚砜类材料的探头检测表面就容易磨损，影响探头的检测效果，缩短探头的寿命。尤其是当遇到对金属被检工件的自动化超声接触法检测，如果检测任务量较大，超声波探头磨损得就更快，有时候为了达到良好的耦合效果，探头的压紧力较大时，被检工件粗糙的表面还可能会损坏掉探头。
发明内容
本发明欲解决的技术问题在于针对现有技术中所存在的上述技术缺陷，提供一种超声波探头，其不但可适用于各种被测工件而不易磨损，还能有效提高检测效果。为解决上述技术问题，本发明中的超声波探头包括外壳，该外壳设有内腔；晶片， 其安装于所述外壳内腔中；透声块，其与晶片一起固定安装在外壳上；所述透声块的外表还覆盖有至少一层保护层，该至少一层保护层具有足够的强度和硬度以在使用的过程中不致发生磨损和变形，并且该至少一层保护层的声阻抗率大于透声块而小于被测工件。其中， 所述透声块所用材料为有机玻璃或聚砜树脂，所述保护层所使用材料为不锈钢或铝，所述保护层的厚度为0. 8mm。在另外一个实施例中，所述探头包括层叠安装在一起的两层以上保护层，并且所述两层以上保护层的声阻抗率呈递增关系。采用上述结构后，该超声波检测探头不仅具有更好的强度、耐磨性和抗冲击性，以延长探头的使用寿命，并且因为改善了探头的声学特征而具有更好的探测效果。
图1为本发明所述超声波探头的结构示意图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明的具体实施方式
进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式
的限制。
如图1所示，本实施例中的超声波探头包括外壳1，其设有内腔。该外壳可用任何常用的固体材料制成，只要其具有一定的强度和硬度即可。所述外壳1的内腔中安装有晶片2，该晶片可以根据需要选择任何压电晶片，比如陶瓷晶片或石英晶片等。本超声波探头还包括透声块3，其与晶片2 —起固定安装在外壳1上。透声块的选用需要考虑的因素很多，其既需要具有良好的声学性能，最好还容易加工。透声块形成材料可以为有机玻璃或聚砜树脂。为了提高晶片1的发射效率，晶片1的厚度应当保证能在共振状态下工作。但是， 共振周期过长或晶片1背面的振动干扰都会导致脉冲过宽、盲区增大。为此，在晶片1背面可以填充吸收这类噪声能量的阻尼材料(未示出)，使干扰声能迅速耗散，降低探头本身的杂乱的信号。目前，常用的阻尼材料为环氧树脂和钨粉。在图1所示的超声波探头中，透声块3的外表还覆盖有一层保护层4。在超声波探头的使用过程中，该保护层4与被测工件表面接触以保护透声块3。同时，保护层4本身具有足够的强度和硬度以在使用的过程中不致发生磨损和变形，从而增加超声波探头总体的强度、耐磨性和抗冲击性，以延长探头的使用寿命。图1所述实施例中的探头的一个重要特征是，所述保护层4的声阻抗率介于晶片2 和被检工件之间。这样的探头就产生了另外一个意想不到的技术效果，即保护层4同时还进一步提高了声波的透射效率，进而改善了该探头的检测效果。在使用现有技术的超声波探头进行检测时，探头中的晶片构成第一层介质，被检工件构成第二种介质。由于在工业领域被检工件的材质在大多数情况下都是金属材料，与压电晶片的声阻抗率差异很大，这时声波的透射系数很小，而反射系数很大，会造成大部分声波被反射，只有一小部分声波透射到被检工件内部进行检测，严重影响了检测效果。此时，位于晶片和被检工件之间的透声块实际上构成了一个匹配层，如果透声块的声阻抗率介于晶片和被检工件之间，声波的特性阻抗从晶片到被检工件逐渐变化，从而可以增加声波的透射，提高检测效果。但是，当超声波探头所检测的是声阻抗率较大的金属工件时，透声块的匹配作用十分有限。本发明所述的超声波探头，在原有的透声块的基础上增加了保护层，当保护层的声阻抗率位于透声块和被检工件之间时，声阻抗匹配由原来的透声块单层匹配，上升到了二层匹配，进一步提高了声波的透射效率，进而改善了超声波探头的检测效果。针对声阻抗率很大的被测工件，还可以继续增加保护层的层数，并且所述多层保护层的声阻抗率呈递增关系。从而进一步提高对透声块的保护作用和该改善探头声匹配。 所述多层保护层还可以对发射声波在通过透声块、保护层以及被检工件时发生的畸变给予修正，从而进一步提高检测准确性。尽管以上参考实施例并见附图对本发明进行了说明，但本发明并不局限于上述的具体特征和设计。对于本领域技术人员来说，不需要在上述说明中用数值表示各部件的尺寸和形状，这些可以根据具体情况来确定。除了所给出的例子之外，在不超出本发明范围的前提下，本领域技术人员在阅读了以上描述所能做出的所有改变或等同替换均应属本发明之范围。
权利要求
1.一种超声波探头，其包括外壳，其设有内腔；晶片，其安装于所述外壳内腔中；透声块，其与晶片一起固定安装在外壳上；其特征在于，所述透声块的外表还覆盖有至少一层保护层，该保护层具有足够的强度和硬度以在使用的过程中不致发生磨损和变形，并且该至少一层保护层的声阻抗率大于透声块而小于被测工件。
2.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，所述透声块所用材料为有机玻璃或聚砜树脂。
3.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，所述至少一层保护层所使用材料为不锈钢或铝。
4.根据权利要求3所述的超声波探头，其特征在于，所述至少一层保护层的厚度为 0. 8mmο
5.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，所述探头包括层叠安装在一起的两层以上保护层，并且所述两层以上保护层的声阻抗率呈递增关系。
6.根据权利要求5所述的超声波探头，其特征在于，所述两层以上保护层分别使用不同的形成材料。
全文摘要
本发明公开了一种超声波探头，其包括外壳，其内部设有内腔；晶片，其安装于所述外壳内腔中；透声块，其与晶片直接相邻地固定安装在外壳上；所述透声块的外表还覆盖有至少一层保护层，该至少一层保护层具有足够的强度和硬度以在使用的过程中不致发生磨损和变形，并且该至少一层保护层的声阻抗率大于透声块而小于被测工件。该超声波检测探头不仅具有更好的强度、耐磨性和抗冲击性，以延长探头的使用寿命，而且因为改善了探头的声学特征而具有更好的探测效果。
文档编号G01N29/24GK102226784SQ20111009013
公开日2011年10月26日 申请日期2011年4月11日 优先权日2011年4月11日
发明者任明照, 范振中, 郭犇, 高东海, 黄永巍 申请人:中国铁道科学研究院金属及化学研究所