[实用新型]一种用于非接触式检测的新型空气超声探头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种检测探头，特别是空气超声探头，用于非接触式无损检测。

背景技术

在超声检测技术中利用超声探头将超声波发射出去，然后再把超声波接收回来，变换成电信号。

接触式超声检测方法有超声波水浸法、反射法及穿透法等检测方法。反射法及穿透法要求超声探头和试件之间必须使用液体或糊状耦合剂，检测时要求探伤表面平直、无沟槽和杂物；水浸法要求超声探头和试件全都浸入水中。

近年来，检测领域提出了一种空气超声检测方法。由于空气超声检测方法，其探头与检测试件不接触，因而具有一系列显著优点。比如，检测高温试件；在试件加工过程中进行动态检测，进而实现闭环控制等等。

空气超声检测存在的主要困难是超声波在空气中会产生严重的衰减，以至于使超声波无法达到被检工件进行检测。造成超声波在空气中严重衰减的主要原因是固体材料与空气声阻抗的巨大差异。例如一般金属及压电晶体的声阻抗Z＝30～50×10⁶kgm^-2s^-1，而空气的声阻抗Z＝427kgm^-2s^-1，在压电晶体与空气界面超声波几乎会发生全反射而无法透射。因此，现有技术的这种探头无法进行空气超声检测。

参照图2，接触式超声检测方法在进行检测时，压电晶片4与被测物件靠耦合剂与被测物件接触，当压电晶片4与被测物件分开时，由于压电晶片4、空气及被测物件的声阻抗差异较大，无法进行超声检测。

发明内容

为了克服现有技术透射率低，不能进行空气超声检测的不足，本实用新型提供一种空气超声探头，在现有技术的基础上增加匹配层和声聚焦透镜，使探头的透射率和灵敏度提高，就可以进行空气超声检测。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种空气超声探头，包括同轴电缆1，金属外壳2，吸收块3，压电晶片4和绝缘套5，其特征在于：还包括匹配层6，声聚焦透镜7，环形压片9，匹配层6上端面中间与压电晶片4紧贴。声聚焦透镜7紧贴匹配层6，用金属环形压片9将声聚焦透镜7和匹配层6压紧在压电晶片4的表面，再用若干枚螺丝10将金属环形压片9、匹配层6和声聚焦透镜7与金属外壳2连接在一起。所述的声聚焦透镜7采用硅橡胶，其安装直径同金属外壳2的外径等大，有效直径同压电晶片4的直径等大。所述的匹配层6采用镁合金，其直径同金属外壳2的外径等大。

本实用新型相比现有技术的优点在于：由于采用了硅橡胶声聚焦透镜，硅橡胶的声阻抗Z＝1.04×10⁶kgm^-2s^-1，比压电晶片的声阻抗小40多倍，故可使透射率提高近40倍：硅橡胶声聚焦透镜可使声场能量聚焦，从而进一步提高探头透射率。

由于采用了镁合金匹配层，其声阻抗仅为一般压电晶体材料的1/3左右，可使新型探头发出的声波透射率提高3倍；由于镁合金具有良好的塑性，不像压电晶片易碎，作为匹配层可提高探头的抗冲击性及使用寿命，从而起到一定的保护作用。因此可将压电晶片的厚度减薄，直径增大。压电晶片厚度减薄可提高超声频率，频率可由普通探头的1.25MHz提高到2.5MHz，从而增加检测灵敏度。探头直径可由普通探头的15mm左右提高到30mm左右，压电晶片的面积增加了4倍，由于超声场的强度与压电晶片的面积近似成正比，故新型探头的声波透射率又可比现有技术探头提高几倍；镁合金塑性好，极易加工，用其加工的匹配层可有效保证匹配层的尺寸精度，其价格较压电晶片又便宜很多，使探头的制造成本下降许多。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

图1是本实用新型结构示意图

图2是现有技术结构示意图

图中，1-同轴电缆，2-金属外壳，3-吸收块，4-压电晶片，5-绝缘套，6-匹配层，7-声聚焦透镜，9-环形压片，10-螺丝

具体实施方式

参照图1，空气超声探头在由同轴电缆1，金属外壳2，吸收块3，压电晶片4，绝缘套5构成普通超声探头的基础上，在普通超声探头端面贴合一层匹配层6，再在匹配层6表面加上一层声聚焦透镜7，用金属环形压片9将匹配层6和声聚焦透镜7压紧在普通超声探头压电晶片4的表面，再用4枚螺丝10对称地将金属环形压片9、匹配层6和声聚焦透镜7与金属外壳2连接在一起。