[发明专利]适用于超声相控阵探头的自适应曲率密封耦合楔块

说明书

技术领域

本发明属于超声相控阵检测技术，具体涉及一种密封耦合楔块。

背景技术

超声相控阵技术在产品的检测过程中，检测探头与产品之间需要填充一种耦合介质（耦合剂），通过透声性较好的耦合剂使探头发射的超声波能够有效地传播到检测产品中。这种对耦合剂的选择及借助楔块实现耦合的方法，称之为耦合方式。超声相控阵常用的耦合方式有液浸法（包括全部及局部液浸）和接触法（直接接触及楔块接触），耦合方式如附图1所示。液浸法是将探头与检测工件浸泡在液体耦合剂中（一般为水），也可通过水楔块将工件局部浸泡在液体中。接触法为了保护探头晶片不被磨损，一般采取在探头晶片下方安装有机玻璃楔块的方式，所以通常所说的接触法一般均为带楔块的接触。

由于超声相控阵技术是由计算机控制多晶片探头发射延迟，而实现声束偏转、聚焦等相控阵功能。基于工作原理，导致超声相控阵探头尺寸较大（常规一维线阵探头如附图2所示，D为探头宽度，d₁为探头宽度和晶片宽度的差值的二分之一），进而导致局部液浸法或接触法所使用的探头楔块尺寸较大。在进行检测面为曲面或变曲率面等非平面工件检测时，耦合效果较差，造成检测灵敏度降低。国内外对于此种情况，常用的方法是将楔块与工件的接触面打磨成与工件曲率一致，但此种方法只适用于检测面曲率一致的工件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够针对大型工件进行局部液浸法检测的、耦合效果好、检测精度高的适用于超声相控阵探头的自适应曲率密封耦合楔块，它能够解决局部液浸法耦合方式耦合不充分造成无法检测的技术问题。

本发明的技术方案如下：

一种适用于超声相控阵探头的自适应曲率密封耦合楔块，包括楔块主体，所述的楔块主体上下表面为互相平行的平面，所述楔块主体中设有贯通上下表面的充液腔，充液腔的上端面设有限位台，所述的楔块主体上设有使充液腔与外界相通的进液排气通道；还包括设在楔块主体的下表面的支撑框，所述支撑框的内表面为充液腔的内壁的延伸；所述压板套在支撑框的外部，在压板和楔块主体之间设有完整的密封层。

在上述的适用于超声相控阵探头的自适应曲率密封耦合楔块，所述的充液腔为六面体形状，其上端面长度小于或者等于下端面的长度，上端面的宽度小于或者等于下端面的宽度。

在上述的适用于超声相控阵探头的自适应曲率密封耦合楔块，所述的密封层采用弹性材料制成，材料满足下列要求：

密度范围：0.7ρ_液≤ρ_胶≤1.4ρ_液

声速范围：0.7C_液≤C_胶≤1.4C_液

声阻抗范围：0.5Z_液≤Z_胶≤2Z_液

其中：ρ_液为液体耦合剂的密度，ρ_胶为密封材料密度；

C_液为超声波在液体耦合剂的纵波声速，C_胶为超声波在密封材料的纵波声速；

Z_液超声波在液体耦合剂的声阻抗，Z_胶为超声波在密封材料的声阻抗；

并且密封层8的厚度应为超声波在密封层中的半波长的整数倍。

在上述的适用于超声相控阵探头的自适应曲率密封耦合楔块，所述的限位台宽度d₂满足2mm≤d₂＜d₁，其中d₁为探头的宽度和晶片宽度的差值的二分之一。

本发明的显著效果在于：通过在楔块本体上加工充液腔，提供了一种全新的耦合方式，探头发射超声波通过冲液腔内的液体传播到密封层，通过穿透密封层将超声波传播至检测对象，使得需要全部液浸法检测的大型曲面工件可以通过密封楔块实现局部液浸检测，降低了对多轴自动化、大检测范围等设备能力的要求，为大型曲面工件（一般指直径大于1m）的超声相控阵检测提供了一种合理有效的耦合方式。

在楔块本体底部设计弹性材料制成的密封层，因此在检测时，楔块底部的密封层的曲率随着变化并与检测对象的检测面曲率保持一致，因此对曲面工件的检测具有一定的通用性。

基于局部液浸法改进后的密封楔块，改善了常规局部液浸楔块需要持续往楔块内充水的缺点，节能环保，灵敏度、信噪比较高。