一种适用于狭窄空间非平面工件的相控阵超声柔性探头的制作方法

1.本发明涉及相控阵超声探头，尤其是涉及一种适用于狭窄空间非平面工件的相控阵超声柔性探头。


背景技术：

2.相控阵超声检测技术因其具可记录、可视图、高灵敏度、准确度高等特点，目前在工业领域应用已趋于成熟，且在多数情况下可取代常规超声进行无损检测。在面对各类金属零部件、材料的检测，特别是在役检测，经常会遇到各类复杂情况，诸如狭小空间、小平面、曲面等，比如发电企业中在役检修中的汽轮机叶片、高温螺栓等零部件，此类部件目前多采用特制专用小型常规超声探头进行检测，但即便如此，同样面临灵敏度底下、检出率不足，可靠性低等问题。
3.现有工程实践以及有关文献所公开的相关柔性探头，均存在很大不足，并没有充分发挥柔性探头的优势，或尺寸过大、或结构复杂、或探头只是能简单弯曲，对于曲面工件的耦合效果较差，特别是对于狭小空间带曲面工件，较难有良好的耦合并获较好的声压发射。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是为了提供一种适用于狭窄空间非平面工件的相控阵超声柔性探头，柔性探头本体为长方形窄条状结构，且探头本体为柔性材质，适用于狭小空间。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
6.一种适用于狭窄空间非平面工件的相控阵超声柔性探头，包括探头壳体、同轴线缆和多个柔性探头本体，所述探头壳体内设有控制器，所有柔性探头本体的一端通过旋转轴相连并连接于与探头壳体上，且所有柔性探头本体的引线均连接至控制器，所述控制器与同轴线缆连接。
7.所述柔性探头本体包括依次叠设的匹配层、柔性压电陶瓷复合材料晶片和阻尼背材。
8.所述匹配层、柔性压电陶瓷复合材料晶片和阻尼背材依次粘接。
9.所述探头还包括液态硅胶套，液态硅胶套套设于柔性探头本体上。
10.所述液态硅胶套由硅胶膜制成。
11.所述硅胶膜的厚度为1～2mm。
12.所述柔性探头本体共设有三个，柔性探头本体的晶元型式为一维线性阵列。
13.第一个柔性探头本体的阵元数为8个、晶片长度为6mm，激发孔径为8mm、中心频率为7.5mhz。
14.第二个柔性探头本体的阵元数为12个、晶片长度为8mm，激发孔径为12mm，中心频率为5mhz。
15.第三个柔性探头本体的阵元数为16个、晶片长度为10mm，激发孔径为20mm，中心频
率为2.5mhz。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
17.一、使用范围广：由于采用多块不同参数规格的探头组合而成，可针对不同检测要求进行相应选择。
18.二、适用狭小空间：为长方形窄条状结构，且探头本体为柔性材质，狭小空间能够深入。
19.三、适用于非平面工件：在柔性探头本体的基础上，设计有配套液态硅胶套使用，耦合效果良好。
20.四、检测可靠性高：选用合适参数的探头，同时探头的整体设计使得耦合性能良好，能够完整的获取工件内部声压反射信号。
21.五、结构简洁，实用性强：采用可旋转方式选择不同参数探头的设计，结构简单，所占空间小；配套采用液态硅胶套使用的设计，可达到采用复杂喷水水浸耦合设备的效果。
附图说明
22.图1为本发明实施例相控阵超声柔性探头主视图；
23.图2为本发明实施例相控阵超声柔性探头侧视及探头内部的结构示意图；
24.图3为本发明实施例相控阵超声柔性探头俯视图；
25.图4为本发明实施例相控阵超声柔性探头工件耦合柔性状态侧视示意图；
26.图5为本发明实施例相控阵超声柔性探头狭小空间汽轮机枞树型叶根测试数据图谱；
27.图6为本发明实施例相控阵超声柔性探头狭小空间汽轮机叉型叶根测试数据图谱；
28.其中：1、柔性探头本体，2、探头壳体，3、旋转轴，4、护线套，5、同轴线缆，6、阻尼背材，7、柔性压电陶瓷复合晶片，8、匹配层，9、液态硅胶套。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
30.一种适用于狭窄空间非平面工件的相控阵超声柔性探头，该探头是由三块包含柔性压电陶瓷复合材料晶片的柔性探头本体组成，三块探头规格参数，如晶片阵元数量、激发孔径等设置不同，三块探头本体由一共同旋转轴串联，可旋转角度不小于90度，探头本体包含柔性压电陶瓷复合材料晶片、阻尼背材、匹配层、柔性线路板，探头由同轴电缆线和探头接口与仪器相连，探头配套柔性液态硅胶套使用。如图1至图4所示，包括探头壳体2、同轴线缆5和多个柔性探头本体1，探头壳体2内设有控制器，所有柔性探头本体1的一端通过旋转轴3相连并连接于与探头壳体2上，且所有柔性探头本体1的引线均连接至控制器，控制器与同轴线缆5连接。
31.柔性探头本体1包括依次叠设的匹配层8、柔性压电陶瓷复合材料晶片7和阻尼背材6。匹配层8、柔性压电陶瓷复合材料晶片7和阻尼背材6依次粘接。上述柔性压电陶瓷复合
材料晶片7为高介电常数的压电陶瓷体，上述三块柔性探头本体1的柔性压电陶瓷复合材料晶片7的规格参数不同，适应不同空间位置、表面情况及检测要求。第一个柔性探头本体1的阵元数为8个、晶片长度为6mm或8mm，激发孔径为6～12mm、中心频率为7.5mhz。第二个柔性探头本体1的阵元数为12个、晶片长度为8mm或10mm，激发孔径为8～20mm，中心频率为5mhz。第三个柔性探头本体1的阵元数为16个、晶片长度为10mm，激发孔径为16～40mm，中心频率为2.5mhz。
32.上述探头组中探头本体一外形宽度较探头本体二与探头三本体小，提高其小台阶非平面检测的适用性。各柔性探头本的旋转角度不小于90度。上述旋转轴3具有锁紧扣。
33.探头还包括液态硅胶套9，液态硅胶套9套设于柔性探头本体1上，液态硅胶套9由硅胶膜制成。硅胶膜的厚度为1～2mm。上述液态硅胶套具有较高声阻抗，满足基本的声学特性要求，同时具有高延展性、较高弹性，满足耦合性能要求。
34.本技术柔性探头本体1可针对不同的检测对象、检测要求、工件表面及空间位置，选择探头本体组中合适的柔性探头本体，三个探头本体具不同的参数及宽度，晶片阵列采用一维线性阵列。探头组旋转轴位置设有锁紧扣，可通过旋转选取不同的探头本体，探头本体整体为柔性设计，内部结构包含匹配层、柔性压电陶瓷复合材料晶片和阻尼背材，其依次粘接在一起形成声学叠层，通过柔性线路板与柔性压电陶瓷复合材料晶片连接，最后从柔性线路板引出多芯同轴电缆线。为增加其整体柔性程度和小空间非平面的耦合效果，设计专用液态硅胶套，与柔性探头组配套使用，硅胶套可根据探头本体外形，设计为套状结构设计，套入使用，也可为一长方形硅胶膜，采用包裹探头的形式，采用背部自粘的方式相互贴合，检测时选取相应探头本体，在探头本体和硅胶膜间涂抹适量耦合剂，排除空气，检测时，同时在工件表面涂抹一定耦合剂，针对不同的表面情况，可在探头本体上施加适当压力，促其完美耦合，得到满足检测要求的图谱数据。
35.本技术主要针对相对狭小空间，非平面且相对较小工件表面检测设计，三个探头本体的参数和尺寸均不同，采用叠加可旋转结构设计。由于包含柔性线路板的柔性探头本体其整体柔性不足，同时探头本身的匹配层与非平面的耦合性也相对有限，采用类似常规相控阵探头中套用楔块的思路，采用液态硅胶膜的形式，在不需要采用复杂喷水水浸耦合装置情况下，最大限度的提高其耦合效果，结构简单便捷，实用性强，效果好。