本發(fā)明屬于無損檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種單晶片和相控陣超聲組合探頭。
背景技術(shù)：
相控陣技術(shù)近年來被廣泛應(yīng)用于工業(yè)零部件的超聲檢測(cè)。與常規(guī)的單晶片超聲檢測(cè)不同，相控陣技術(shù)采用具有復(fù)數(shù)個(gè)晶片的相控陣探頭進(jìn)行檢測(cè)。通過控制每個(gè)晶片發(fā)射和接收超聲波的延遲時(shí)間，可以控制超聲聲束的偏轉(zhuǎn)、聚焦等特定行為。超聲相控陣探頭的設(shè)計(jì)基于惠更斯原理。換能器由多個(gè)相互獨(dú)立的壓電晶片組成陣列，每個(gè)晶片稱為一個(gè)單元，按一定的規(guī)則和時(shí)序用電子系統(tǒng)控制激發(fā)各個(gè)單元，使陣列中各單元發(fā)射的超聲波疊加形成一個(gè)新的波陣面。同樣，在反射波的接收過程中，按一定規(guī)則和時(shí)序控制接收單元的接收并進(jìn)行信號(hào)合成，再將合成結(jié)果以適當(dāng)形式顯示。通過合理設(shè)置不同晶片的激發(fā)方式(即改變聚焦法則)，一個(gè)相控陣探頭相當(dāng)于多個(gè)普通探頭的組合，通過計(jì)算機(jī)軟件可進(jìn)行探頭參數(shù)和特性的動(dòng)態(tài)調(diào)整以滿足檢測(cè)的需要。
相控陣探頭按其形狀和晶片的排列方式可分為線性相控陣探頭、環(huán)形相控陣探頭等。其中環(huán)形相控陣探頭外形為圓形，其晶片為同心排布的多個(gè)圓環(huán)，為了使阻抗匹配，每個(gè)環(huán)的面積相同，環(huán)與環(huán)之間的間隙相同。工作時(shí)按設(shè)定好的延時(shí)法則順次激勵(lì)每個(gè)晶片，使發(fā)射出的聲場(chǎng)匯聚于材料中的指定深度。
相控陣與常規(guī)檢測(cè)技術(shù)相比雖然具有很大的優(yōu)勢(shì)，但也有一定的不足，其中比較重要的一點(diǎn)就是近表面分辨力較差。受相控陣技術(shù)本身原理的限制，環(huán)形相控陣探頭中每個(gè)晶片發(fā)射的脈沖經(jīng)過耦合層(一般為水)到達(dá)被檢材料表面的時(shí)間有先有后，這就使得界面反射信號(hào)在時(shí)間軸上的寬度較大，表現(xiàn)在超聲檢測(cè)的a掃描信號(hào)中，就是材料近表面盲區(qū)大。當(dāng)缺陷位于近表面時(shí)，采用相控陣技術(shù)就難以發(fā)現(xiàn)。一般而言，在φ0.4mm平底孔當(dāng)量靈敏度下，常規(guī)的聚焦探頭可以分辨埋深在1.5mm左右的缺陷，而相控陣技術(shù)只能分辨埋深3mm及以上的缺陷。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是：提出一種單晶片和相控陣超聲組合探頭，以克服超聲相控陣檢測(cè)近表面分辨力差的缺點(diǎn)，使其在具備超聲相控陣檢測(cè)高效、靈活等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，可以達(dá)到較高的近表面分辨力。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種單晶片和相控陣超聲組合探頭，其特征在于：包括中心單晶片探頭1和環(huán)形相控陣探頭2，環(huán)形相控陣探頭2環(huán)繞在中心單晶片探頭1的外面，在環(huán)形相控陣探頭2的探測(cè)面內(nèi)有同心排列的環(huán)形陣元3，環(huán)形陣元3的引線5匯集成相控陣線纜6從環(huán)形相控陣探頭2的殼體側(cè)面引出，在環(huán)形相控陣探頭2的殼體中心有一個(gè)臺(tái)階孔，該臺(tái)階孔的下段孔是容納中心單晶片探頭1的光孔，該臺(tái)階孔的上段孔是孔徑小于下段孔的螺紋孔，在與環(huán)形相控陣探頭2的探測(cè)面相對(duì)的連接面中心有帶有外螺紋的uhf接頭4，在uhf接頭4的內(nèi)部有同軸線插座，該同軸線插座與上述螺紋孔同軸；中心單晶片探頭1具有圓柱體外形，在中心單晶片探頭1的上表面上固定著一個(gè)同軸線插頭7，在同軸線插頭的外圓柱面上有外螺紋，該外螺紋擰進(jìn)上述螺紋孔內(nèi)，同軸線插頭7的電連接觸點(diǎn)與uhf接頭4的內(nèi)部的同軸線插座的電連接觸點(diǎn)連接。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：提出了一種單晶片和相控陣超聲組合探頭，克服了超聲相控陣檢測(cè)近表面分辨力差的缺點(diǎn)，使其在具備超聲相控陣檢測(cè)高效、靈活等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，達(dá)到了較高的近表面分辨力。具體說，本發(fā)明中心的單晶片點(diǎn)聚焦探頭，可以檢測(cè)近表面的缺陷，外層的環(huán)形相控陣探頭可以聚焦于材料中不同深度，檢測(cè)內(nèi)部缺陷；克服了超聲相控陣檢測(cè)近表面分辨力差的缺點(diǎn)，使其在具備超聲相控陣檢測(cè)高效、靈活等優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，可以達(dá)到較高的近表面分辨力。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。參見圖1，一種單晶片和相控陣超聲組合探頭，其特征在于：包括中心單晶片探頭1和環(huán)形相控陣探頭2，環(huán)形相控陣探頭2環(huán)繞在中心單晶片探頭1的外面，在環(huán)形相控陣探頭2的探測(cè)面內(nèi)有同心排列的環(huán)形陣元3，環(huán)形陣元3的引線5匯集成相控陣線纜6從環(huán)形相控陣探頭2的殼體側(cè)面引出，在環(huán)形相控陣探頭2的殼體中心有一個(gè)臺(tái)階孔，該臺(tái)階孔的下段孔是容納中心單晶片探頭1的光孔，該臺(tái)階孔的上段孔是孔徑小于下段孔的螺紋孔，在與環(huán)形相控陣探頭2的探測(cè)面相對(duì)的連接面中心有帶有外螺紋的uhf接頭4，在uhf接頭4的內(nèi)部有同軸線插座，該同軸線插座與上述螺紋孔同軸；中心單晶片探頭1具有圓柱體外形，在中心單晶片探頭1的上表面上固定著一個(gè)同軸線插頭7，在同軸線插頭的外圓柱面上有外螺紋，該外螺紋擰進(jìn)上述螺紋孔內(nèi)，同軸線插頭7的電連接觸點(diǎn)與uhf接頭4的內(nèi)部的同軸線插座的電連接觸點(diǎn)連接。
由于檢測(cè)時(shí)通常選擇的水程距離為60mm～76mm，而當(dāng)聚焦探頭的焦距與水程距離相同或相近時(shí)近表面分辨力最好。所說的中心單晶片探頭1為單晶片水浸點(diǎn)聚焦超聲探頭，中心頻率10mhz，水中焦距為60mm～76mm。
所說的環(huán)形相控陣探頭2的外徑為30mm～50mm，中心頻率10mhz，環(huán)形相控陣探頭2中環(huán)形陣元3的數(shù)量為14個(gè)～32個(gè)。
本發(fā)明的使用方法是：檢測(cè)時(shí)將待檢零件和單晶片和相控陣超聲組合探頭同時(shí)浸沒于水槽內(nèi)，單晶片和相控陣超聲組合探頭位于待檢零件正上方，單晶片和相控陣超聲組合探頭的中心軸線垂直于待檢零件上表面，與待檢零件表面距離60mm～76mm；將uhf接頭4和相控陣線纜6連接至超聲檢測(cè)儀的脈沖發(fā)射接收端口，中心單晶片探頭1發(fā)射的超聲波經(jīng)水耦合進(jìn)入待檢零件并聚焦于表面，若待檢零件的近表面存在缺陷則會(huì)反映在超聲檢測(cè)儀的顯示屏上；環(huán)形相控陣探頭2發(fā)射的超聲波經(jīng)水耦合進(jìn)入待檢零件并聚焦于待檢零件內(nèi)不同深度，若待檢零件的內(nèi)部存在缺陷則會(huì)反映在超聲檢測(cè)儀的顯示屏上。
實(shí)施例
某發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪擋板的檢測(cè)，采用的中心單晶片探頭為水浸點(diǎn)聚焦超聲探頭，中心頻率10mhz，水中焦距為76mm，采用的環(huán)形相控陣探頭的外徑為32mm，中心頻率10mhz，環(huán)形相控陣探頭中環(huán)形陣元的數(shù)量為14個(gè)。
檢測(cè)時(shí)將待檢的發(fā)動(dòng)機(jī)高壓渦輪擋板和單晶片和相控陣超聲組合探頭同時(shí)浸沒于水槽內(nèi)，單晶片和相控陣超聲組合探頭位于待檢零件正上方，單晶片和相控陣超聲組合探頭的中心軸線垂直于待檢零件上表面，與待檢零件表面距離60mm；將uhf接頭和相控陣線纜連接至超聲檢測(cè)儀的脈沖發(fā)射接收端口，中心單晶片探頭發(fā)射的超聲波經(jīng)水耦合進(jìn)入待檢零件并聚焦于表面，若待檢零件的近表面存在缺陷則會(huì)反映在超聲檢測(cè)儀的顯示屏上；環(huán)形相控陣探頭發(fā)射的超聲波經(jīng)水耦合進(jìn)入待檢零件并聚焦于待檢零件內(nèi)不同深度，若待檢零件的內(nèi)部存在缺陷則會(huì)反映在超聲檢測(cè)儀的顯示屏上。
本實(shí)施例可以有效發(fā)現(xiàn)零件表面1mm以內(nèi)的缺陷，與單獨(dú)采用相控陣技術(shù)相比，近表面分辨力得到極大提高。