[其他]一种平面接触绳声束窄脉冲探头

说明书

一种平面接触绳声束，窄脉冲探头的设计方法，采用高斯形变截面外圆环发射，内平面薄圆片接收的探头结构，实现了平面接触绳声束聚焦窄脉冲的效果，并可达到实用化程度，对提高检测分辨率，抑制材料结构噪声，提高检测精度和准确性都有十分重要的意义，尤其对缺陷的定量检测方面都有重要价值。

本发明属于超声无损检测和医学诊断用的一种新型探头。

在工业无损检测中，为了分辨横向两个相邻的缺陷需要细的声束，分辨纵向两个相邻的缺陷需要窄的脉冲。为了获取细的声束，现在实际使用的探头都是采用加声透镜的聚焦方法，用这种方法只能在焦点附近有很短的一段较细的声束，而且由于透镜凹面的作用，也只能用于液浸而不能直接接触固体工件。为了避免单一晶片发射接收始脉冲带来的探测盲区，提高纵向分辨率、发射效率与接收灵敏度，日本人竹内真一在其专利（JP昭58-178253）中，把发射和接收分开，作出一个晶片反射，另一个晶片接收，但这种结构不能做到声束聚焦和提高横向灵敏度。而英国人J·P·Weight在专利UK Patent NO.2094100A（1982）和苏联人A·X·Bonuлku1978年在дeфekmockonue（NO.2）以及ro·A·KohyputbeB在1978年дeΦekmockonue（NO.10）提出了一种非均匀激发方式的聚焦方法。这种方法虽然作到了平面接触细声束发射，也可以同时作接收，但灵敏度太低，因而作又发又收使用尚无实用价值。为了获取窄脉冲，多年来，人们一直在设法改善背衬材料与压电片声阻抗匹配，但由于压电片材料通常比钨纷加环氧树脂背衬材料声阻抗相差太远，作到匹配还存在相当大的困难。

一般细声束聚焦探头的制造，采用声透镜聚焦方法，它只能获取很短细声束而不能直接接触工件，采用圆环平面压电片激发，虽然可以得到长的细声束，但聚焦效果不好，而且只能用作发射，不能同时用作接收，缺乏实用性也得不到窄脉冲。

本发明提供了一种平面接触绳声束窄脉冲探头，摒弃了等截面平面圆环压电片，采用了高斯形变截面园环压电片（1）作发射，园环压电片（1）是以Kt（纵向机电耦合系数）大，Kp（横向机电耦合系数）也大的压电陶瓷材料如PzT（锆钛酸铅）加工成外边缘光滑而中心对称，内边缘呈锯齿形而中心不对称的部件。这样在加电压时，不但增加了辐射带宽，而且减弱了内边缘波和平面波，加强了外边缘波的聚焦效果，从而获取了更细的绳声束和窄脉冲。在园环中央设置一个园形平面压电片（2）作接收，园形压电片（2）是以Kt大Kp小的压电陶瓷材料如PT（钛酸铅）加工成外边缘呈锯齿的非中心对称的部件，在变截面园环压电片（1）与园形压电片（2）之间设置一个隔声层（5）和一个金属层（3），以达到声屏蔽和电屏蔽的效果。这样的结构达到了实用化的程度，从而解决了已有技术中尚待解决的问题。本发明所提供的探头，对提高检测分辨率，抑制材料结构的噪声，提高检测精度和准确性等方面都有十分重要的意义，尤其是对缺陷的定量检测有着重要的实用价值。

附图为本发明设计探头剖面图。

本发明所提供的一个具体实例由附图给出。它的主要部件有：高斯形变截面园环形压电片（1），其两个表面可以镀有电极（7）（8），电极（7）引出导线（13）接激励源，电极（8）接金属外壳（11）作发射地线。园形平面压电片（2）的两个表面镀有电极（9）（10），电极（9）引出导线（12），电极（10）引出导线（14）作接收地线。用钨纷加环氧树脂浇注固化的背衬块（6），在园环形压电片（1）和园形压电片（2）底面粘有保护膜（4），在园环压电片（1）和园形压电片（2）之间设置隔声层（5）和金属层（3）。隔声层（5）可以用胶木，也可以用多孔塑料等。金属层（3）可以用薄的铝泊或铜泊，也可以用镀在园环压电片内壁与接地电极（8）相连的电极代替。保护膜可以用氧化铝薄片，也可以用软胶膜，或电极（8）（10）用镀镍铬直接作保护膜。金属层（3）也可以用园环压电片（1）内壁镀有与电极（8）相连的接地电极来代替。