[发明专利]一种单晶片和相控阵超声组合探头

说明书

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种单晶片和相控阵超声组合探头。其特征在于：包括中心单晶片探头(1)和环形相控阵探头(2)，环形相控阵探头(2)环绕在中心单晶片探头(1)的外面。本发明提出了一种单晶片和相控阵超声组合探头，克服了超声相控阵检测近表面分辨力差的缺点，使其在具备超声相控阵检测高效、灵活等优点的同时，达到了较高的近表面分辨力。

技术领域

本发明属于无损检测技术领域，涉及一种单晶片和相控阵超声组合探头。

背景技术

相控阵技术近年来被广泛应用于工业零部件的超声检测。与常规的单晶片超声检测不同，相控阵技术采用具有复数个晶片的相控阵探头进行检测。通过控制每个晶片发射和接收超声波的延迟时间，可以控制超声声束的偏转、聚焦等特定行为。超声相控阵探头的设计基于惠更斯原理。换能器由多个相互独立的压电晶片组成阵列，每个晶片称为一个单元，按一定的规则和时序用电子系统控制激发各个单元，使阵列中各单元发射的超声波叠加形成一个新的波阵面。同样，在反射波的接收过程中，按一定规则和时序控制接收单元的接收并进行信号合成，再将合成结果以适当形式显示。通过合理设置不同晶片的激发方式(即改变聚焦法则)，一个相控阵探头相当于多个普通探头的组合，通过计算机软件可进行探头参数和特性的动态调整以满足检测的需要。

相控阵探头按其形状和晶片的排列方式可分为线性相控阵探头、环形相控阵探头等。其中环形相控阵探头外形为圆形，其晶片为同心排布的多个圆环，为了使阻抗匹配，每个环的面积相同，环与环之间的间隙相同。工作时按设定好的延时法则顺次激励每个晶片，使发射出的声场汇聚于材料中的指定深度。

相控阵与常规检测技术相比虽然具有很大的优势，但也有一定的不足，其中比较重要的一点就是近表面分辨力较差。受相控阵技术本身原理的限制，环形相控阵探头中每个晶片发射的脉冲经过耦合层(一般为水)到达被检材料表面的时间有先有后，这就使得界面反射信号在时间轴上的宽度较大，表现在超声检测的A扫描信号中，就是材料近表面盲区大。当缺陷位于近表面时，采用相控阵技术就难以发现。一般而言，在Φ0.4mm平底孔当量灵敏度下，常规的聚焦探头可以分辨埋深在1.5mm左右的缺陷，而相控阵技术只能分辨埋深3mm及以上的缺陷。

发明内容

本发明的目的是：提出一种单晶片和相控阵超声组合探头，以克服超声相控阵检测近表面分辨力差的缺点，使其在具备超声相控阵检测高效、灵活等优点的同时，可以达到较高的近表面分辨力。

本发明的技术方案是：一种单晶片和相控阵超声组合探头，其特征在于：包括中心单晶片探头1和环形相控阵探头2，环形相控阵探头2环绕在中心单晶片探头1的外面，在环形相控阵探头2的探测面内有同心排列的环形阵元3，环形阵元3的引线5汇集成相控阵线缆6从环形相控阵探头2的壳体侧面引出，在环形相控阵探头2的壳体中心有一个台阶孔，该台阶孔的下段孔是容纳中心单晶片探头1的光孔，该台阶孔的上段孔是孔径小于下段孔的螺纹孔，在与环形相控阵探头2的探测面相对的连接面中心有带有外螺纹的UHF接头4，在UHF接头4的内部有同轴线插座，该同轴线插座与上述螺纹孔同轴；中心单晶片探头1具有圆柱体外形，在中心单晶片探头1的上表面上固定着一个同轴线插头7，在同轴线插头的外圆柱面上有外螺纹，该外螺纹拧进上述螺纹孔内，同轴线插头7的电连接触点与UHF接头4的内部的同轴线插座的电连接触点连接。

本发明的优点是：提出了一种单晶片和相控阵超声组合探头，克服了超声相控阵检测近表面分辨力差的缺点，使其在具备超声相控阵检测高效、灵活等优点的同时，达到了较高的近表面分辨力。具体说，本发明中心的单晶片点聚焦探头，可以检测近表面的缺陷，外层的环形相控阵探头可以聚焦于材料中不同深度，检测内部缺陷；克服了超声相控阵检测近表面分辨力差的缺点，使其在具备超声相控阵检测高效、灵活等优点的同时，可以达到较高的近表面分辨力。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图。

具体实施方式