[发明专利]一种非接触聚集型探头

说明书

技术领域

本发明属于超声波振动检测领域，具体涉及一种非接触聚集型探头。

背景技术

地震物理模拟研究是指利用物理模型对地震及有关现象(特别是波动现象)进行研究，它是实验地质学的一个重要组成部分，又被称为模型地质学。模型地质学研究中最普遍使用的方法是超声波方法，因此常被称为超声地震模拟。超声地震物理模型实验通过超声波在地质模型中的传播观测对地震波在各种复杂地质体中的传播进行室内模拟观测，并根据观测结果进行地震学研究。它解释和解决了许多地球物理勘探中出现的实际问题，从而极大地推动了地震学理论的发展。

超声波检测也叫超声探伤，是无损检测的一种。无损检测是在不损坏工件或原材料工作状态的前提下，对被检验部件的表面和内部质量进行检查的一种检测手段。

目前常用的超声波检测方法主要有两种，接触式测量和非接触测量。

①接触式测量

接触式测量通常采用压电式超声波探头或其他材料制成的探头。这种探头通常由压电晶片或其他材料(如复合材料)组成，其结构比较简单，安装方便，收发可互换。图1给出的是压电接触式探头的内部结构图。

当对固体材料进行测量时，发射探头和接收探头紧贴被测物体表面。发射头将电信号(一般为窄脉冲)转换为超声波信号；而接收头则将超声波信号转换为电信号。

②非接触测量

目前使用的非接触测量通常由强脉冲激光源和激光测振仪组成。

超声波发射部分采用强脉冲激光源。当对模型进行测试时，强脉冲激光源向模型某点(又称为炮点)发射激光脉冲，该点受热会发生热膨胀或熔化，由此产生超声波并向模型内部传送。超声波接收部分采用激光测振仪，它可检测被测物体表面的振动速度或位移。

现有的超声波检测方法在用于地质模型检测时存在一定的缺点和局限性。

①压电式超声波探头相对简单，价格较低，但在进行地质模型检测时，使用压电式探头进行发射和接收时会产生一些问题。

压电式超声波探头在对固体地质模型(尤其对复杂表面模型)进行检测时，由于工艺方面的原因器件，检测部分接触面较大，当对曲表面模型进行检测时，探头和模型表面耦合效果差，有时甚至无法耦合；由于现有超声波探头只能进行窄带发射和接收，因此测量不能反映野外施工宽频接收的实际情况。另外由于是接触式测量，采用手动方式则测量效率低、精度差；当通过机械方式移动时每次都要重复进行拔起和放置这个过程，而每次放置点探头和模型间的接触压力很难做到一致，因此测量的重复性差，容易损坏探头。目前往往一套固体地质模型的完整测试需要几个月时间，压电式超声波探头远远不能满足科研生产的需要。

②激光超声波测量

激光超声波测量是一种非接触超声波测量方法。它可以有效地克服压电式探头存在的问题，但它也存在着一些问题。由于超声波发射部分采用强脉冲激光源，当强脉冲激光源照射非金属材料时，瞬时产生的高温会损坏被测点表面，使该点及附近地区被烧焦，并产生变形。该点的损坏，会影响下一次在该点的激发效果。而在进行物理模型检测时，要求能在同一个发射点(我们称之为炮点)上多次发射超声波信号，这就意味着该点被强脉冲激光源多次照射，且要求每次照射前该点的状态不会发生变化，即重复性好，而采用强脉冲激光源很难做到这一点。如果降低发射能量，则产生的超声波发射能量不够，信号无法到达模型深层。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种非接触聚集型探头，用于模拟炸药，进行无损检测。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种非接触聚集型探头，包括基体和压电陶瓷，所述基体为正面凹、背面凸的弧形结构，有弹性；所述压电陶瓷粘贴在弧形基体的背面，其极化方向沿基体的厚度方向，即基体的法向。

当基体的工作模态为弯曲振动时，基体的波峰处和波谷处的位移方向(即波峰或波谷处的法向)均指向同一个焦点；压电陶瓷粘贴在基体的背面的波峰处或波谷处。

当基体的工作模态为弯曲振动时，基体的波峰处和波谷处的位移方向均指向同一个焦点；压电陶瓷同时粘贴在波峰处和波谷处；在波峰处的压电陶瓷的极化方向与在波谷处的压电陶瓷的极化方向是相反的。

在所述基体的正面设有匹配层，所述匹配层的材料采用多微孔材料，包括气凝胶或多孔高纤维复合材料或多孔聚合材料。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：