一种曲面自适应超声波探头的制作方法

1.本实用新型属于工业设备检测
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超声检测设备技术领域，具体涉及一种曲面自适应超声波探头。


背景技术：

2.在工程实际中，我们常需检测各种管道、压力容器等设备在制造、安装阶段的遗留缺陷及使用过程中受温度、载荷等作用后新缺陷的形成及扩展情况，以保证设备安全运行，因此会定期对此类设备进行相关检测。在诸多的检测手段中，超声检测因其检测速度快、灵敏度高、环境友好、适用材料范围广等优点而得到广泛应用。但是，超声检测效果在很大程度上依赖于被检对象的表面几何结构，只有压电晶片产生的声束良好地进入被检工件，才能保证理想的检测效果，所以探头发射面应最大程度的贴合工件表面。因此，平面是最理想的检测表面状况，曲面(尤其是非固定曲率的曲面)则最不利于检测工作的开展。而工程实际中却更多的是曲面，如管道(小径管等)、压力容器、异形件等。
3.目前，对于固定曲率的曲面，通常是定制专用的超声波探头，保证探头发射面与工件曲率匹配，良好贴合工件表面，达到最佳耦合状态；对于非固定曲率的曲面，则是采用相近曲率的定制探头进行检测，有时需要同时配备多种曲率探头，以对工件进行较全面的检测。但是，定制专门的曲面探头，甚至同时定制多种探头，存在诸多不利因素：
4.1.定制探头费用高、制作周期长；
5.2.定制探头需要提前对被检工件实际结构(往往是知道设计规格，而设计规格与实际规格又有一定出入，所以按照设计规格定制探头，实际检测的时候仍然只是近似曲率而已)进行现场了解，定制完成后再次进行现场检测，费工费时；
6.3.近似曲率探头未达到最佳耦合状态，检测效果欠佳。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种曲面自适应超声波探头，解决了现有超声波探头难以实时与工件达到最佳耦合状态的问题。
8.本实用新型所采用的技术方案是：一种曲面自适应超声波探头，包括壳体，壳体的侧壁底端沿周向均匀间隔开设有若干容置腔，每个容置腔内均配合设置有上下滑动的储液腔，每个储液腔与同一容置腔内顶端均连接有弹簧，若干储液腔的底端共同连通有液囊，壳体内设置有超声波发生机构，超声波发生机构的底部中心连接有向下穿出至液囊内底端并与之固定的透声针。
9.本实用新型的特点还在于，
10.超声波发生机构包括位于壳体内底端中心的透声楔，透声楔与透声针的顶端固定，透声楔的顶端通过阻尼块固定有压电晶片，压电晶片的底端中心正对透声针底端，压电晶片上通过伸出于壳体的电缆线连接外部超声波检测仪。
11.液囊内液体阻抗与透声楔阻抗的差值不超过4.53
×
106g/cm2·
s。
12.壳体内超声波发生机构外填充有吸声材料。
13.液囊的外表面敷设有保护膜，保护膜的厚度不超过1mm。
14.透声针的长度不大于10mm。
15.本实用新型的有益效果是：本实用新型一种曲面自适应超声波探头，通过设置可适应不同表面形状工件的液囊，从而保证探头发射面与工件曲率匹配，达到最佳耦合状态；同时通过透声针固定了液囊中心部位的厚度，从而间接将超声声束在接触工件前的传播路径固定下来，液囊中的声束偏转和声束衰减都是固有参数，由此排除了不确定因素，保证了检测效果。
附图说明
16.图1是本实用新型一种曲面自适应超声波探头的结构示意图；
17.图2是本实用新型一种曲面自适应超声波探头贴合到平面工件的状态图。
18.图中，1.壳体，2.容置腔，3.储液腔，4.弹簧，5.液囊，6.透声针，7.透声楔，8.阻尼块，9.压电晶片，10.电缆线，11.外部超声波检测仪，12.吸声材料，13.保护膜。
具体实施方式
19.下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
20.本实用新型提供了一种曲面自适应超声波探头，如图1所示，包括壳体1，壳体1的侧壁底端沿周向均匀间隔开设有若干容置腔2，每个容置腔2内均配合设置有上下滑动的储液腔3，每个储液腔3与同一容置腔2内顶端均连接有弹簧4，若干储液腔3的底端共同连通有液囊5，液囊5的外表面敷设有保护膜13，壳体1内设置有超声波发生机构，壳体1内超声波发生机构外填充有吸声材料12，超声波发生机构的底部中心连接有向下穿出至液囊5内底端并与之固定的透声针6。
21.超声波发生机构包括位于壳体1内底端中心的透声楔7，透声楔7与透声针6的顶端固定，透声楔7的顶端通过阻尼块8固定有压电晶片9，压电晶片9的底端中心正对透声针6底端，压电晶片9上通过伸出于壳体1的电缆线10连接外部超声波检测仪11。
22.其中，液囊5内液体阻抗与透声楔7阻抗的差值不超过4.53
×
106g/cm2·
s。保护膜13的厚度不超过1mm。透声针6的长度不大于10mm。
23.使用时，自然状态下，如图1所示，弹簧4自然伸展，推动两侧储液腔3下移，由于液囊5中心点固定，下表面呈两侧低、中间高的曲面。曲面状态下，探头贴近工件过程中，液囊5两侧端点先接触工件表面，继续贴紧探头和工件，直至液囊5的中心部位与工件贴合，弹簧4部分压缩，至液囊5的中心部位与两侧端点均贴合工件表面，其他部分顺势贴合工件，如图2所示(工件为平面)，液囊5液体排出至储液腔3，储液腔3储满液体的过程中也可压缩弹簧4使其自身沿容置腔2上移，从而达到平衡。之后外部超声波检测仪11通过电缆线10给压电晶片9通电使其产生超声波，阻尼块8固定压电晶片9在透声楔7上的位置，超声声束经透声楔7和液囊5折射后，主声束出射点位于液囊5底端中心透声针6的位置，从而间接将超声声束在接触工件前的传播路径固定下来，液囊5中的声束偏转和声束衰减都是固有参数，从而排除了液囊5自身形状、厚度的变化对超声声束经过时的衰减和偏转产生影响，保证了检测效果。
24.通过上述方式，本实用新型一种曲面自适应超声波探头，通过设置可适应不同表面形状工件的液囊5，从而保证探头发射面与工件曲率匹配，达到最佳耦合状态；同时通过透声针6固定了液囊5中心部位的厚度，从而间接将超声声束在接触工件前的传播路径固定下来，液囊5中的声束偏转和声束衰减都是固有参数，由此排除了不确定因素，保证了检测效果。