CN112179992A - 中心自聚焦圆环阵探头 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种中心自聚焦圆环阵探头，包括：中心晶片，用于实现工件表层的单元点自聚焦扫查；环形晶片，通过电子聚焦实现工件深度方向上的聚焦扫查；所述环形晶片套装设置在所述中心晶片外并与所述中心晶片同轴；所述环形晶片设为至少两个，所有的所述环形晶片的外径与内径之差相等。本发明的中心自聚焦圆环阵探头，通过设置中心晶片，利用中心晶片实现工件表层的自聚焦扫查，以覆盖工件近表面的检测要求；通过设置环形晶片，利用电子聚焦，可实现工件深度方向上的聚焦扫查，以满足工件深度较深的区域的检测要求；即本发明的中心自聚焦圆环阵探头，可满足全深度高效高分辨力水浸自动化扫查的要求。
Description
技术领域
本发明属于超声无损检测技术领域，具体的为一种中心自聚焦圆环阵探头。
背景技术
水浸超声检测是将探头和工件放置于相隔一定距离的水中进行的非接触式超声检测方法。目前的检测探头通常采用单通道点聚焦水浸探头或线阵探头。在超声检测中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的，探头的性能很大程度上决定了超声检测的性能。超声水浸法一般应用在自动化扫查方案中，随着检测要求和检测效率的提高，要求检测的缺陷越来越小，检测灵敏度不断提升。目前的问题是：单通道点聚焦探头效率高，但无法解决厚件检测；线性阵列探头可以检测厚工件，但存在通道数多、系统硬件及电路复杂以及成本高且检测效率低的缺点，且线性阵列探头采用平面声场，声束容易扩散，无法做到对细微缺陷的高分辨检测要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种中心自聚焦圆环阵探头，可满足全深度高效高分辨力水浸自动化扫查的要求。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种中心自聚焦圆环阵探头，包括：
中心晶片，用于实现工件表层的单元点自聚焦扫查；
环形晶片，通过电子聚焦实现工件深度方向上的聚焦扫查；
所述环形晶片套装设置在所述中心晶片外并与所述中心晶片同轴；
所述环形晶片设为至少两个，所有的所述环形晶片的外径与内径之差相等。
进一步，所述中心晶片的内侧面和外侧面为同心的球面，且所述中心晶片的内侧面和外侧面的球面圆所在的平面距离对应的所述球面的最大距离小于等于该球面的半径。
进一步，所述中心晶片的内侧面的球径为2-300mm。
进一步，所述中心晶片和所述环形晶片均采用压电陶瓷或压电复合材料制成。
进一步，相邻两个所述环形晶片的中心圆直径之差相等。
进一步，所有的所述环形晶片沿着所述中心晶片的外侧面球面圆的径向向外的方向依次设置；相邻两个所述环形晶片中，靠近所述中心晶片的所述环形晶片的外径小于等于远离所述中心晶片的所述环形晶片的内径；所有的所述环形晶片中，距离所述中心晶片最近的所述环形晶片的内径大于等于所述中心晶片外侧面的球面圆直径。
进一步，所述环形晶片的数量为2-100片。
进一步，所述中心晶片和所述环形晶片相对的第一表面和第二表面均设有电极层；设置在所述中心晶片的所述第一表面上以及设置在所有的所述环形晶片的所述第一表面上的电极层之间采用第一导线导通；设置在所述中心晶片的所述第二表面上以及设置在所有的所述环形晶片的所述第二表面上的电极层上分别设有第二导线。
进一步，所述电极层采用金、银、铜、铬和镍中的一种金属材料制成或至少两种金属材料的合金制成。
进一步，所述中心晶片的所述第一表面上以及所有的所述环形晶片的所述第一表面上分别设有至少一层匹配层。
本发明的有益效果在于：
本发明的中心自聚焦圆环阵探头，通过设置中心晶片，利用中心晶片实现工件表层的自聚焦扫查，以覆盖工件近表面的检测要求；通过设置环形晶片，利用电子聚焦，可实现工件深度方向上的聚焦扫查，以满足工件深度较深的区域的检测要求；即本发明的中心自聚焦圆环阵探头，可满足全深度高效高分辨力水浸自动化扫查的要求。
通过将中心晶片的内侧面和外侧面分别设置为同心的球面，如此，经中心晶片发出的超声波经工件折射后在工件的表层聚焦，即可实现工件表层的自动聚焦扫查。
通过将环形晶片设为至少两个，如此，可利用电子聚焦使环形晶片在工件深度方向上进行聚焦，在多个环形晶片共同作用下，可实现在工件深度方向上的全深度聚焦扫查。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明中心自聚焦圆环阵探头实施例的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本发明中心自聚焦圆环阵探头的聚焦扫查的原理示意图，其中带箭头的直线分别为中心晶片和环形晶片超声波的聚焦传输方向。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1所示，为本发明中心自聚焦圆环阵探头实施例的结构示意图。本实施例的中心自聚焦圆环阵探头，包括：中心晶片1，用于实现工件3表层的单元点自聚焦扫查；环形晶片2，通过电子聚焦实现工件深度方向上的聚焦扫查。环形晶片2套装设置在中心晶片1外并与中心晶片1同轴。中心晶片1和环形晶片2均采用压电陶瓷或压电复合材料制成，本实施例的中心晶片1和环形晶片2均采用压电复合材料制成，不再累述。
进一步，本实施例的中心晶片1的内侧面11和外侧面12均为同心的球面，且中心晶片1的内侧面11和外侧面12的球面圆所在的平面距离对应的球面的最大距离小于等于该球面的半径，也即中心晶片1的内侧面11和外侧面12的表面积均小于等于对应球径的半球面的表面积。中心晶片1的内侧面11和外侧面12的球面圆所在的平面与其球心的距离根据水浸自动化扫查工件的要求进行设置，使中心晶片1的自动聚焦点位于工件表层的设定位置处，如图3所示，经中心晶片1发出的超声波经工件折射后在工件的表层聚焦，即可实现工件表层的自动聚焦扫查。本实施例的中心晶片1的内侧面11的球径为2-300mm，中心晶片1的内侧面11的球径根据工件检测的实际需求进行设定，不再累述。
进一步，环形晶片2设为至少两个，所有的环形晶片2沿着中心晶片1的外侧面12球面圆的径向向外的方向依次设置；相邻两个环形晶片2中，靠近中心晶片1的环形晶片2的外径小于等于远离中心晶片1的环形晶片2的内径；所有的环形晶片2中，距离中心晶片1最近的环形晶片2的内径大于等于中心晶片1外侧面的球面圆直径。优选的，环形晶片的数量为2-100片，本实施例的环形晶片2设为15个。相邻两个环形晶片2中，靠近中心晶片1的环形晶片2的外径等于远离中心晶片1的环形晶片2的内径；所有的环形晶片2中，距离中心晶片1最近的环形晶片2的内径等于中心晶片1外侧面的球面圆直径。优选的，所有的环形晶片的外径与内径之差相等，便于电子聚焦的算法实现，本实施例相邻两个环形晶片2的中心圆直径之差相等。如图3所示，通过将环形晶片设为至少两个，可利用电子聚焦使环形晶片在工件深度方向上进行聚焦，在多个环形晶片共同作用下，可实现在工件深度方向上的全深度聚焦扫查。
进一步，中心晶片1和环形晶片2相对的第一表面和第二表面均设有电极层；设置在中心晶片1的第一表面上以及设置在所有的环形晶片2的第一表面上的电极层之间采用第一导线导通，即第一导线的另一端为公共端；设置在中心晶片1的第二表面上以及设置在所有的环形晶片2的第二表面上的电极层上分别设有第二导线，第二导线的另一端连接独立控制端。如此，可实现每一个中心晶片1和环形晶片2的独立控制。具体的，电极层采用金、银、铜、铬和镍中的一种金属材料制成或至少两种金属材料的合金制成。
进一步，中心晶片1的第一表面上以及所有的环形晶片2的第一表面上分别设有至少一层匹配层，每一层匹配层的声阻抗为1-40Mrayls。
注：本文所述环形晶片的中心圆指与该环形晶片的外周壁和内周壁径向距离相等的圆。
本实施例的中心自聚焦圆环阵探头，通过设置中心晶片，利用中心晶片实现工件表层的自聚焦扫查，以覆盖工件近表面的检测要求；通过设置环形晶片，利用电子聚焦，可实现工件深度方向上的聚焦扫查，以满足工件深度较深的区域的检测要求；即本实施例的中心自聚焦圆环阵探头，可满足全深度高效高分辨力水浸自动化扫查的要求。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种中心自聚焦圆环阵探头，其特征在于：包括：
中心晶片，用于实现工件表层的单元点自聚焦扫查；
环形晶片，通过电子聚焦实现工件深度方向上的聚焦扫查；
所述环形晶片套装设置在所述中心晶片外并与所述中心晶片同轴；
所述环形晶片设为至少两个，所有的所述环形晶片的外径与内径之差相等。
2.根据权利要求1所述的中心自聚焦圆环阵探头，其特征在于：所述中心晶片的内侧面和外侧面为同心的球面，且所述中心晶片的内侧面和外侧面的球面圆所在的平面距离对应的所述球面的最大距离小于等于该球面的半径。
3.根据权利要求2所述的中心自聚焦圆环阵探头，其特征在于：所述中心晶片的内侧面的球径为2-300mm。
4.根据权利要求1所述的中心自聚焦圆环阵探头，其特征在于：所述中心晶片和所述环形晶片均采用压电陶瓷或压电复合材料制成。
5.根据权利要求1所述的中心自聚焦圆环阵探头，其特征在于：相邻两个所述环形晶片的中心圆直径之差相等。
6.根据权利要求1-5任一项所述的中心自聚焦圆环阵探头，其特征在于：所有的所述环形晶片沿着所述中心晶片的外侧面球面圆的径向向外的方向依次设置；相邻两个所述环形晶片中，靠近所述中心晶片的所述环形晶片的外径小于等于远离所述中心晶片的所述环形晶片的内径；所有的所述环形晶片中，距离所述中心晶片最近的所述环形晶片的内径大于等于所述中心晶片外侧面的球面圆直径。
7.根据权利要求6所述的中心自聚焦圆环阵探头，其特征在于：所述环形晶片的数量为2-100片。
8.根据权利要求6所述的中心自聚焦圆环阵探头，其特征在于：所述中心晶片和所述环形晶片相对的第一表面和第二表面均设有电极层；设置在所述中心晶片的所述第一表面上以及设置在所有的所述环形晶片的所述第一表面上的电极层之间采用第一导线导通；设置在所述中心晶片的所述第二表面上以及设置在所有的所述环形晶片的所述第二表面上的电极层上分别设有第二导线。
9.根据权利要求8所述的中心自聚焦圆环阵探头，其特征在于：所述电极层采用金、银、铜、铬和镍中的一种金属材料制成或至少两种金属材料的合金制成。
10.根据权利要求8所述的中心自聚焦圆环阵探头，其特征在于：所述中心晶片的所述第一表面上以及所有的所述环形晶片的所述第一表面上分别设有至少一层匹配层。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210105 |
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