圆锥形超声波探头的制作方法
【技术领域】
[0001]本文公开的主题涉及一种超声波探头，具体而言，涉及一种超声波换能器在探头中的布置。
【背景技术】
[0002]非破坏性测试装置可用于检查、测量或测试对象，以发现并分析对象中的异常。这些装置允许检查技术人员在测试对象表面处或附近操控探头以便对对象表面及其底层结构都进行测试。在一些行业中，例如，航空和航天、发电和油汽运输或精炼(例如管路和焊缝)中，非破坏性测试可能尤其有用。必须要在不从周围结构去除对象的情况下进行测试对象的检查，其中，可以定位本来通过目测检查不能识别的隐藏异常。超声波测试是非破坏性测试的一个范例。在进行超声波测试时，从探头中安装的超声波换能器发射超声波脉冲或波束并传递到测试对象中。在脉冲或波束形式的超声波能量进入对象时，由于超声波束与测试对象的内部结构(例如，表面或异常)交互作用，会发生被称为回波的各种超声波反射。这些回波被超声波换能器检测到并由连接到超声波换能器的处理电子设备分析。
[0003]相控阵超声波探头包括多个在电学和声学上独立的超声波换能器，它们结合了压电材料并安装于单个探头外壳中。在工作期间，产生预定模式的电脉冲并发送到探头。将电脉冲施加于相控阵换能器的电极，导致压电材料中的物理偏转，产生超声波能量(例如，超声波信号或波束)，其被发射到探头耦合到的测试对象中。通过改变施加于相控阵超声波换能器的电脉冲的定时，相控阵超声波探头产生在不同角度冲击测试对象的超声波束。波束引导的这种过程控制着所发射超声波能量的方向，以便于检查测试对象的不同区域，以检测其中的异常或特性。可以通过程序控制相控阵探头个体换能器的幅度和激发序列以便调节发射到测试对象中的超声波束的角度和穿透强度。在获得的超声波回波返回接触换能器压电材料的表面时，它产生跨换能器电极两端的可检测电压差，然后由处理电子设备将其记录为回波数据，且其包括幅度和返回延迟时间。通过跟踪发射电脉冲和接收回波数据之间的时间差，并测量所接收的回波数据的幅度，可以确定测试对象的各种特性，例如其厚度、其中异常的深度和尺寸。
[0004]在一些应用中，超声波探头包括安装于探头外壳中的一维或二维换能器阵列。在扫描操作中根据一系列编程的序列对阵列中换能器的一个或多个子集激发，其撞击测试对象并产生回波数据。可以由处理电子设备分析回波数据，其确定测试对象中被检测特征，例如，异常的特性。对于大部分扫描序列而言，不需要阵列中的所有换能器都激发，在每次检查期间通常执行多个扫描序列。尽管超声波换能器在阵列中可以是呈几何分布的，但检测超声波回波的特定换能器的物理位置并不用于回波数据分析。通过在处理回波数据中包括这一额外的位置信息，减少了处理时间。
[0005]提供以上论述仅仅是用于一般背景信息，并非要用于辅助确定所主张主题的范围。
【发明内容】
[0006]本发明的一个方面是一种包括超声波换能器阵列的超声波探头，所述超声波换能器阵列同时向测试对象在各种角度发射超声波能量脉冲，从而可以有效率地检测部件中任何取向的异常。实践超声波测试系统一些公开实施例时可能实现的优点在于，同时多方向发射和检测超声波能量减少了扫描测试时间，尤其是如果在分析中使用换能器阵列中检测换能器的几何位置的情况下。
[0007]在一个实施例中，一种用于检查测试对象的超声波测试系统包括布置成圆锥形形式的超声波换能器阵列。连接到所述超声波换能器阵列的电子处理电路触发所述超声波换能器阵列中所有超声波换能器同时向测试对象发射超声波能量脉冲。
[0008]在另一实施例中，一种超声波处理系统包括布置成圆锥形形式的超声波换能器阵列。连接到所述超声波换能器阵列的电子处理电路触发阵列中所有超声波换能器同时发射超声波能量脉冲。多个接收机电路均接收由连接的一个超声波换能器检测到的回波。回波包括幅度，其中电子处理电路能够识别回波检测包括比其余超声波换能器更大幅度的超声波换能器的位置。
[0009]在另一实施例中，一种操作超声波测试系统的方法包括同时激发配置为超声波换能器圆锥形阵列的多个超声波换能器。超声波换能器的圆锥形阵列在激发时瞄准测试对象，它们从测试对象接收由同时激发导致的回波。
[0010]本
【发明内容】
仅仅是为了提供本文根据一个或多个例示性实施例公开的主题的简单概要，并不充当解释权利要求的导言或界定或限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求界定。提供本
【发明内容】
是为了在简化形式介绍概念的例示性选择，下文将在【具体实施方式】中进一步描述。本
【发明内容】
并非要标识所主张主题的关键特征或必要特征，也并不是要用作确定所主张主题范围的辅助。所主张的主题不限于解决【背景技术】中指出的任何或全部缺点的实施方式。
【附图说明】
[0011]为了能够理解本发明特征的方式，可以参考某些实施例对本发明进行详细描述，附图中例示了其中一些实施例。不过，要指出的是，附图仅仅例示了本发明的某些实施例，因此不应被认为限制其范围，因为本发明的范围涵盖了其他同样有效的实施例。附图未必是成比例的，重点一般放在例示本发明某些实施例的特征上。在附图中，在各个附图中，使用类似数字表示类似部分。于是，为了进一步理解本发明，可以参考结合附图阅读的以下详细描述，附图中:
[0012]图1是示范性探头的透视图，该探头包括扫描测试对象的圆锥形超声波换能器阵列；
[0013]图2是图1的示范性探头连接到用于控制扫描测试对象的电子处理电路的侧视示意图；以及
[0014]图3是操作图1的示范性探头的方法流程图。
【具体实施方式】
[0015]参考图1，例示了超声波探头100的透视图，其包括截头圆锥形超声波探头外壳110中的超声波换能器101的阵列以及中心超声波换能器111。尽管这里图示和描述为单个超声波换能器，中心超声波换能器111可以与多个超声波换能器互换。超声波探头外壳110中的代表性超声波换能器105向着测试对象103发射第一超声波脉冲107，超声波探头外壳I1中的代表性超声波换能器106与第一超声波脉冲107同时向测试对象103发射第二超声波脉冲108。在一个替代实施例中，处于超声波换能器101圆锥形阵列中心的中心超声波换能器111可用于相对于测试对象103的外表面，与超声波换能器101的圆锥形阵列发射的超声波脉冲同时发射垂直超声波脉冲109。在超声波换能器101阵列中所有超声波换能器在工作中都同时发射超声波能量脉冲的意义上，超声波换能器105、106是具有代表性的。由于从超声波换能器101阵列中所有的超声波换能器同时发射超声波能量脉冲导致超声波脉冲向着探头轴102收敛，这里将超声波换能器101的阵列定义为布置成圆锥形式。
[0016]如图1中所示，超声波换能器101的阵列布置成圆锥形式并非要限制超声波换能器的可能配置，因为超声波换能器的数量和布置能够采取各种量和布局。例如，超声波换能器101的阵列可以包括一百二十八个超声波换能器。如图1的实施例中所示，超声波换能器101的阵列均等分布于圆锥形式的圆形几何形状周围。在一个实施例中，圆锥形式包括均等分布于以探头轴102为中心的圆形布置中的超声波换能器101阵列，其中对每个超声波换能器进行取向，使其向着探头轴102倾斜，因此，所有超声波换能器发射的超声波脉冲向着探头轴102收敛。中心超声