專利名稱：一種超聲波探頭的制作方法
技術領域：
本發明涉及超聲波探頭，尤其涉及一種用于無損檢測領域里的超聲波探頭。
背景技術：
超聲波檢測是無損檢測領域內的五大常規檢測方法之一，其具備環境污染小等優點，因此在工業無損檢測上得到了廣泛的應用。超聲波檢測中用于產生超聲波激勵信號和接收超聲波返回信號的部件為超聲波探頭。現有技術中超聲波探頭的種類繁多，用途各異，但它們的基本機構一般均包括由晶片、保護膜(或透聲塊)以及與儀器連接的高頻電纜插件、支架、外殼等。其中，目前國內外使用的基于壓電效應的超聲波探頭，都是采用有機玻璃或聚砜類材料做楔塊，形成探頭的檢測面，當這樣的超聲波探頭對金屬工件進行檢測時，如果被檢的金屬工件的檢測面比較粗糙時，這種有機玻璃或聚砜類材料的探頭檢測表面就容易磨損，影響探頭的檢測效果，縮短探頭的壽命。尤其是當遇到對金屬被檢工件的自動化超聲接觸法檢測，如果檢測任務量較大，超聲波探頭磨損得就更快，有時候為了達到良好的耦合效果，探頭的壓緊力較大時，被檢工件粗糙的表面還可能會損壞掉探頭。
發明內容
本發明欲解決的技術問題在于針對現有技術中所存在的上述技術缺陷，提供一種超聲波探頭，其不但可適用于各種被測工件而不易磨損，還能有效提高檢測效果。為解決上述技術問題，本發明中的超聲波探頭包括外殼，該外殼設有內腔；晶片， 其安裝于所述外殼內腔中；透聲塊，其與晶片一起固定安裝在外殼上；所述透聲塊的外表還覆蓋有至少一層保護層，該至少一層保護層具有足夠的強度和硬度以在使用的過程中不致發生磨損和變形，并且該至少一層保護層的聲阻抗率大于透聲塊而小于被測工件。其中， 所述透聲塊所用材料為有機玻璃或聚砜樹脂，所述保護層所使用材料為不銹鋼或鋁，所述保護層的厚度為0. 8mm。在另外一個實施例中，所述探頭包括層疊安裝在一起的兩層以上保護層，并且所述兩層以上保護層的聲阻抗率呈遞增關系。采用上述結構后，該超聲波檢測探頭不僅具有更好的強度、耐磨性和抗沖擊性，以延長探頭的使用壽命，并且因為改善了探頭的聲學特征而具有更好的探測效果。
圖1為本發明所述超聲波探頭的結構示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖對本發明的具體實施方式
進行詳細描述，但應當理解本發明的保護范圍并不受具體實施方式
的限制。
如圖1所示，本實施例中的超聲波探頭包括外殼1，其設有內腔。該外殼可用任何常用的固體材料制成，只要其具有一定的強度和硬度即可。所述外殼1的內腔中安裝有晶片2，該晶片可以根據需要選擇任何壓電晶片，比如陶瓷晶片或石英晶片等。本超聲波探頭還包括透聲塊3，其與晶片2 —起固定安裝在外殼1上。透聲塊的選用需要考慮的因素很多，其既需要具有良好的聲學性能，最好還容易加工。透聲塊形成材料可以為有機玻璃或聚砜樹脂。為了提高晶片1的發射效率，晶片1的厚度應當保證能在共振狀態下工作。但是， 共振周期過長或晶片1背面的振動干擾都會導致脈沖過寬、盲區增大。為此，在晶片1背面可以填充吸收這類噪聲能量的阻尼材料(未示出)，使干擾聲能迅速耗散，降低探頭本身的雜亂的信號。目前，常用的阻尼材料為環氧樹脂和鎢粉。在圖1所示的超聲波探頭中，透聲塊3的外表還覆蓋有一層保護層4。在超聲波探頭的使用過程中，該保護層4與被測工件表面接觸以保護透聲塊3。同時，保護層4本身具有足夠的強度和硬度以在使用的過程中不致發生磨損和變形，從而增加超聲波探頭總體的強度、耐磨性和抗沖擊性，以延長探頭的使用壽命。圖1所述實施例中的探頭的一個重要特征是，所述保護層4的聲阻抗率介于晶片2 和被檢工件之間。這樣的探頭就產生了另外一個意想不到的技術效果，即保護層4同時還進一步提高了聲波的透射效率，進而改善了該探頭的檢測效果。在使用現有技術的超聲波探頭進行檢測時，探頭中的晶片構成第一層介質，被檢工件構成第二種介質。由于在工業領域被檢工件的材質在大多數情況下都是金屬材料，與壓電晶片的聲阻抗率差異很大，這時聲波的透射系數很小，而反射系數很大，會造成大部分聲波被反射，只有一小部分聲波透射到被檢工件內部進行檢測，嚴重影響了檢測效果。此時，位于晶片和被檢工件之間的透聲塊實際上構成了一個匹配層，如果透聲塊的聲阻抗率介于晶片和被檢工件之間，聲波的特性阻抗從晶片到被檢工件逐漸變化，從而可以增加聲波的透射，提高檢測效果。但是，當超聲波探頭所檢測的是聲阻抗率較大的金屬工件時，透聲塊的匹配作用十分有限。本發明所述的超聲波探頭，在原有的透聲塊的基礎上增加了保護層，當保護層的聲阻抗率位于透聲塊和被檢工件之間時，聲阻抗匹配由原來的透聲塊單層匹配，上升到了二層匹配，進一步提高了聲波的透射效率，進而改善了超聲波探頭的檢測效果。針對聲阻抗率很大的被測工件，還可以繼續增加保護層的層數，并且所述多層保護層的聲阻抗率呈遞增關系。從而進一步提高對透聲塊的保護作用和該改善探頭聲匹配。 所述多層保護層還可以對發射聲波在通過透聲塊、保護層以及被檢工件時發生的畸變給予修正，從而進一步提高檢測準確性。盡管以上參考實施例并見附圖對本發明進行了說明，但本發明并不局限于上述的具體特征和設計。對于本領域技術人員來說，不需要在上述說明中用數值表示各部件的尺寸和形狀，這些可以根據具體情況來確定。除了所給出的例子之外，在不超出本發明范圍的前提下，本領域技術人員在閱讀了以上描述所能做出的所有改變或等同替換均應屬本發明之范圍。
權利要求
1.一種超聲波探頭，其包括外殼，其設有內腔；晶片，其安裝于所述外殼內腔中；透聲塊，其與晶片一起固定安裝在外殼上；其特征在于，所述透聲塊的外表還覆蓋有至少一層保護層，該保護層具有足夠的強度和硬度以在使用的過程中不致發生磨損和變形，并且該至少一層保護層的聲阻抗率大于透聲塊而小于被測工件。
2.根據權利要求1所述的超聲波探頭，其特征在于，所述透聲塊所用材料為有機玻璃或聚砜樹脂。
3.根據權利要求1所述的超聲波探頭，其特征在于，所述至少一層保護層所使用材料為不銹鋼或鋁。
4.根據權利要求3所述的超聲波探頭，其特征在于，所述至少一層保護層的厚度為 0. 8mmο
5.根據權利要求1所述的超聲波探頭，其特征在于，所述探頭包括層疊安裝在一起的兩層以上保護層，并且所述兩層以上保護層的聲阻抗率呈遞增關系。
6.根據權利要求5所述的超聲波探頭，其特征在于，所述兩層以上保護層分別使用不同的形成材料。
全文摘要
本發明公開了一種超聲波探頭，其包括外殼，其內部設有內腔；晶片，其安裝于所述外殼內腔中；透聲塊，其與晶片直接相鄰地固定安裝在外殼上；所述透聲塊的外表還覆蓋有至少一層保護層，該至少一層保護層具有足夠的強度和硬度以在使用的過程中不致發生磨損和變形，并且該至少一層保護層的聲阻抗率大于透聲塊而小于被測工件。該超聲波檢測探頭不僅具有更好的強度、耐磨性和抗沖擊性，以延長探頭的使用壽命，而且因為改善了探頭的聲學特征而具有更好的探測效果。
文檔編號G01N29/24GK102226784SQ20111009013
公開日2011年10月26日 申請日期2011年4月11日 優先權日2011年4月11日
發明者任明照, 范振中, 郭犇, 高東海, 黃永巍 申請人:中國鐵道科學研究院金屬及化學研究所