一种可调频超声波探头的制作方法

本申请涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种可调频超声波探头。

背景技术：

对于大体积混凝土结构或复杂结构的混凝土模块，往往由于其尺寸过大或结构较为复杂，无法使用传统的超声波检测缺陷的方式从外部对结构内部可能存在的缺陷进行检测。

现有技术中虽然已经提出了一些可以预埋在待测结构中的探测设备，但是这些探测设备一般都只能发出固定频率的探测信号，从而难以适用于对不同距离、不同尺寸的混凝土结构内部缺陷的检测和判定。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种可调频超声波探头，从而可以根据需要产生一种或多种不同频率的超声波信号。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种可调频超声波探头，该可调频超声波探头包括：金属外壳、内衬、多个压电陶瓷层和多个间隔层；

所述金属外壳的内部设置有容纳腔；

所述内衬设置在所述金属外壳的容纳腔的中心位置，用于抵消和吸收压电陶瓷层振动时向内侧方向产生的超声波信号；

所述内衬的外壁与所述金属外壳的内壁之间设置有多个压电陶瓷层；最内层的压电陶瓷层覆盖于所述内衬的外表面；所述金属外壳覆盖于最外层的压电陶瓷层的外表面；每两个相邻的压电陶瓷层之间设置有一个间隔层；

各个压电陶瓷层的外壁为负极，内壁为正极；各个压电陶瓷层分别具有不同的谐振频率；

中心出线孔贯穿开设于金属外壳、各个压电陶瓷层和各个间隔层；

各个压电陶瓷层位于中心出线孔处的一侧的内壁上均设置有正极接线片，位于中心出线孔处的另一侧的外壁上均设置有负极接线片；最外层的压电陶瓷层的负极接线片与所述金属外壳的内壁连接；

各个负极接线片通过一根负极引线相互连接；各个正极接线片上均连接有一根正极引线；各根正极引线经由所述中心出线孔伸出所述金属外壳。

较佳的，所述内衬为球形；所述金属外壳、多个压电陶瓷层和多个间隔层均为球壳形。

较佳的，每个压电陶瓷层均包括两个半球壳，所述两个半球壳在顶部和底部分别连接在一起。

较佳的，在两个半球壳的底部接缝处的内壁和外壁上均设置有具有导电性能的跨接片。

较佳的，所述跨接片可以通过胶粘或焊接的方式设置在两个半球壳的底部接缝处的内壁和外壁上。

较佳的，所述跨接片由铜制成。

较佳的，所述压电陶瓷层为球壳形压电陶瓷晶片。

较佳的，所述内衬由金属粉末与环氧树脂压制成。

较佳的，所述间隔层由表面经过绝缘处理的金属材料制成。

较佳的，所述压电陶瓷层的数量为4个，所述间隔层的数量为3个。

如上可见，在本发明中的可调频超声波探头中，采用了多层包覆结构，主要包括：金属外壳、内衬、多个压电陶瓷层和多个间隔层。由于各个压电陶瓷层分别具有不同的谐振频率，能够在不同电压的激励下产生不同频率的超声波信号，因此，在使用上述可调频超声波探头时，可以将该可调频超声波探头预埋在待测结构的内部，然后通过仪器进行控制，根据实际需要，分别对某一层或某几层压电陶瓷层进行激励，也可同时对所有压电陶瓷层进行激励，从而产生一种或多种不同频率的超声波信号，以实现向探头所在空间周围各个方向发射超声波信号，或接收来自各个方向的超声波信号，从而能够适用于对不同距离、不同尺寸的混凝土结构内部缺陷的检测和判定。

附图说明

图1为本发明实施例中的可调频超声波探头的结构示意图。

图2为图1的局部放大图一。

图3为图1的局部放大图二。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例中的可调频超声波探头的结构示意图。

如图1、图2和图3所示，本发明实施例中的可调频超声波探头包括：金属外壳11、内衬12、多个压电陶瓷层13和多个间隔层14；

所述金属外壳11的内部设置有容纳腔；

所述内衬12设置在所述金属外壳11的容纳腔的中心位置，用于抵消和吸收压电陶瓷层振动时向内侧方向产生的超声波信号，以防止超声波信号穿过内衬后透射到对面从而对压电陶瓷层向外侧发出的超声波信号造成干扰；

所述内衬12的外壁与所述金属外壳11的内壁之间设置有多个压电陶瓷层13；最内层的压电陶瓷层覆盖于所述内衬12的外表面；所述金属外壳11覆盖于最外层的压电陶瓷层的外表面；每两个相邻的压电陶瓷层之间设置有一个间隔层14；

各个压电陶瓷层13的外壁为负极，内壁为正极；各个压电陶瓷层13分别具有不同的谐振频率；

中心出线孔15贯穿开设于金属外壳11、各个压电陶瓷层13和各个间隔层14；

各个压电陶瓷层13位于中心出线孔15处的一侧的内壁上均设置有正极接线片21，位于中心出线孔15处的另一侧的外壁上均设置有负极接线片23；最外层的压电陶瓷层的负极接线片与所述金属外壳11的内壁连接；

各个负极接线片23通过一根负极引线24相互连接；各个正极接线片21上均连接有一根正极引线22；各根正极引线22经由所述中心出线孔15伸出所述金属外壳。

在上述的可调频超声波探头中，各个压电陶瓷层的正极都分别接出一根正极引线，在装配时可以形成一束，经由中心出线孔伸出金属外壳，并可经由多针接头连接至检测设备；各个压电陶瓷层的负极则通过同一根负极引线相连，接至最外层的压电陶瓷层外表面的负极接线片上，从而与金属外壳的内表面导通。由于各个压电陶瓷层分别具有不同的谐振频率，能够在不同电压的激励下产生不同频率的超声波信号，因此，在使用上述可调频超声波探头时，可以将该可调频超声波探头预埋在待测结构的内部，然后通过仪器进行控制，根据实际需要，分别对某一层或某几层压电陶瓷层进行激励，也可同时对所有压电陶瓷层进行激励，从而产生一种或多种不同频率的超声波信号，从而能够适用于对不同距离、不同尺寸的混凝土结构内部缺陷的检测和判定。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以通过镀银和极化方法使得压电陶瓷层的外壁和内壁分别形成负极和正极。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述内衬为球形，所述金属外壳、多个压电陶瓷层和多个间隔层均为球壳形。

此外，在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置所述压电陶瓷层和间隔层的个数。

例如，作为示例，如图1所示，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述压电陶瓷层的数量为4个，所述间隔层的数量为3个。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述压电陶瓷层为球壳形压电陶瓷晶片。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，每个压电陶瓷层均包括两个半球壳，所述两个半球壳在顶部和底部分别连接在一起。例如，可以通过连接件将两个半球壳连接在一起，也可以通过粘合剂将两个半球壳粘接在一起。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以在两个半球壳的底部接缝处的内壁和外壁上均设置具有导电性能的跨接片25，使得两个半球壳的内壁和外壁均可实现良好接通。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述跨接片可以通过胶粘或焊接的方式设置在两个半球壳的底部接缝处的内壁和外壁上。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述跨接片可以由铜等具有良好导电性能的材料制成。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述内衬由金属粉末(例如，钨粉)与环氧树脂压制成。

另外，作为示例，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述间隔层由表面经过绝缘处理(例如，阳极氧化)的金属材料(例如，铝)制成。

因此，可以在各个压电陶瓷层之间采用表面经过绝缘处理的金属材料进行填充作为间隔层，以使得各个压电陶瓷层之间的空间得到完整填充，防止探头工作时各个压电陶瓷层直接接触互相产生影响。另外，在装配时还可以使用凡士林等材料对压电陶瓷层和间隔层进行耦合，防止层间产生缝隙等不密实的情况。

另外，在本发明的技术方案中，最外层的金属外壳可以保护探头内部的压电陶瓷层不受损坏。

综上所述，在本发明的技术方案中，上述可调频超声波探头采用了多层包覆结构，主要包括：金属外壳、内衬、多个压电陶瓷层和多个间隔层。由于各个压电陶瓷层分别具有不同的谐振频率，能够在不同电压的激励下产生不同频率的超声波信号，因此，在使用上述可调频超声波探头时，可以通过仪器进行控制，根据实际需要，分别对某一层或某几层压电陶瓷层进行激励，也可同时对所有压电陶瓷层进行激励，从而产生一种或多种不同频率的超声波信号，以实现向探头所在空间周围各个方向发射超声波信号，或接收来自各个方向的超声波信号，从而能够适用于对不同距离、不同尺寸的混凝土结构内部缺陷的检测和判定。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。