[实用新型]高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头

说明书

技术领域

本实用新型属于超声检测技术领域，特别涉及一种用于检测工件微小缺陷的高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头。

背景技术

超声波探伤是属于无损检测中主要的一种。从超声波反射波的位置和波形即可得到金属内部缺陷的深度和缺陷的性质。目前，超声波无损探伤广泛地应用于锻件、铸件和焊接件的质量检测。

常规无损检测方法很难发现精密机械加工零件内部的微小缺陷。厚度在8mm以下的工件，使用常规的射线检测难以很好地检出其内部缺陷，通常只能使用渗透和磁粉等表面检测方法检测工件表面微小缺陷，但对于结构复杂的工件难以实现自动无损检测。常规超声检测检测盲区较大，分辨率、灵敏度均不足，工件的微小缺陷和近表面缺陷难以检测。

实用新型内容

本实用新型的目的是设计一种高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头，包括压电晶片、背衬和外壳，在压电晶片前方有声透镜聚焦超声波声束。

本实用新型设计的高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头包括压电晶片、背衬和外壳，圆筒形的外壳一端安装压电晶片，另一端为接头，连接压电晶片的电缆线从接头引出，外壳内压电晶片后方安装有背衬，在压电晶片前方、外壳端部安装声透镜，声透镜聚焦超声波声束，并可保护压电晶片。外壳的外部为密封，以保证水浸条件下安全工作。探头在耦合剂水中不与工件直接接触，超声波的发射与接收比较稳定，探头不易磨损，寿命长，易于实现自动化在线检测，并且超声波在水中便于实现聚焦声束检测，满足高灵敏度、高分辨率的检测要求。

本超声波探头为8MHz～16MHz的高频超声波探头具有声束窄，扩散角小、分辨力好，能量集中、缺陷定位准确等特点，适合微小缺陷的有效检测。

本高频窄脉冲超声波探头为产生脉冲宽度仅为70ns～200ns的窄脉冲超声波探头，窄脉冲包含的不同频率谐波都有自己的近场、远场和轴线上的声压分布规律，在近场区内不同频率谐波的声压叠加时，峰谷值相互抵消，使得近场区的声压–距离曲线趋于平滑，有利于近场区的检测，有效降低盲区、提高分辨率。

所述压电晶片为直径5～8mm的小晶片，小晶片超声波探头近场区内声束窄，有利于缺陷定位与定量，适合较小厚度工件的检测。所述压电晶片为钛酸锂材料晶片，压电性能优秀。

超声探头发出的超声波会在压电晶片受到电脉冲激励后在晶片的两侧同时产生，利用晶片正面的超声波进行超声检测，而晶片背面的超声波会在反射后产生影响接收信号的干扰波，又由于晶片振动的惯性作用，在电脉冲停止激励后晶片继续振动，从而引起探头脉冲宽度变大，缺陷分辨率降低，在晶片背面安装高性能的背衬是改变探头性能的有效方法。所述背衬为不同目数的钨粉和环氧树脂混合制成的高阻尼背衬，对压电晶片起阻尼和支撑作用，使压电晶片起振后尽快停止振动，减小脉冲宽度，提高分辨率。同时背衬还吸收压电晶片背面产生的超声波，减小对超声信号接收的干扰，提高检测可靠性。

所述电缆线为双层屏蔽高频同轴电缆线，将传输的信号完全封闭在电缆导体内部，具有高频损耗低、屏蔽及抗干扰能力强、使用频带宽等特点。在检测过程中可屏蔽外部环境电波对探头激励脉冲和回波脉冲的干扰，并可以防止探头的高频脉冲以电磁波的形式向外辐射影响其他电器。

本实用新型高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头的优点为：融合了高频率、水浸聚焦、窄脉冲等多种性质，回波信号具有脉冲持续时间短、波形单峰性、频带宽和探头标称频率与实测中心频率应一致等特点，利于提高超声检测系统的分辨率、灵敏度和信噪比，更易发现微小缺陷。

附图说明

图1为本高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头实施例的结构示意图；

图内标号为：1、接头，2、外壳，3、背衬，4、电缆线，5、压电晶片，6、声透镜。

图2为10MHz和15MHz的本实施例检测所得波形图和频谱图。

A为本例15MHz探头产生的超声波脉冲波形图；

B为本例15MHz探头产生的超声波脉冲波形的频谱图

C为本例10MHz探头产生的超声波脉冲波形图；

D为本例10MHz探头产生的超声波脉冲波形的频谱图。

具体实施方式

本高频窄脉冲水浸聚焦超声波探头实施例如图1所示，包括压电晶片5、背衬3和外壳2，圆筒形的外壳2一端安装压电晶片5，另一端为接头1，连接压电晶片5的电缆线4从接头1引出，外壳2内在压电晶片5后方安装有背衬3，在压电晶片5前方、外壳2端部安装声透镜6。外壳2的外部为密封。

本超声波探头为10MHz或15MHz的高频窄脉冲超声波探头。