[发明专利]一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块

说明书

本发明一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，包括自上而下依次设置的第一子楔块和第二子楔块，第一子楔块的声速及声阻抗分别为c₁和Z₁，第二子楔块的声速及声阻抗分别为c₂和Z₂，第一子楔块的声速c₁大于第二子楔块的声速c₂，第一子楔块的声阻抗Z₁小于第二子楔块的声阻抗Z₂；第一子楔块与第二子楔块的界面为圆弧面，圆弧面中心轴线水平位置位于楔块水平中心。本发明的楔块通过对第一子楔块和第二子楔块声阻抗的匹配，提高了线阵探头晶片/第一子楔块界面、第一子楔块/第二子楔块界面和第二子楔块/被检工件界面的超声波透射率，比传统的相控阵楔块具有更好的透声效果；楔块与被检工件表面的接触面为平面，最大限度保证了检测过程中的耦合效果。

技术领域

本发明属于相控阵超声无损检测领域，具体涉及一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块。

背景技术

相控阵探头楔块主要用于与相控阵探头配合，以实现保护探头、声束延时或声束偏转等功能。对镍基合金、奥氏体不锈钢等声衰减较大的材料进行检测时，需要获得更小焦点尺寸的声束，从而提高检测的灵敏度和分辨力，实现对小缺陷的有效检测。

目前，在现场检测工作中最为广泛使用的相控阵探头的晶片排布形式为一维线型，简称线阵。但是，线阵探头只在平行于晶片排布方向(简称纵向)进行声束聚焦，而垂直于晶片排布方向(简称横向)为非聚焦形式。为获得更小的声束焦点尺寸，需对垂直于晶片排布方向的声束进行聚焦。

变更相控阵探头的晶片排布形式(如将线阵改为二维矩阵)可缩小焦点尺寸，但是二维矩阵探头制造工艺复杂，价格昂贵，且对配套的相控阵仪器要求高。配备具有几何聚焦功能的楔块可缩小焦点尺寸，但楔块的耦合面有一定曲率，影响检测过程中与被检工件的耦合效果。

因此，设计一种可以配套现有相控阵线阵探头，且不影响耦合效果的横向聚焦楔块，对提高线阵探头检测灵敏度和分辨力都具有实际意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，获得更小焦点尺寸的超声波声束，提高相控阵线阵探头聚焦性能、检测灵敏度和分辨力，实现对镍基合金、奥氏体不锈钢等声衰减较大的材料的有效检测。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种具有聚焦特性的相控阵线阵探头楔块，包括自上而下依次设置的第一子楔块和第二子楔块，第一子楔块的声速及声阻抗分别为c₁和Z₁，第二子楔块的声速及声阻抗分别为c₂和Z₂，第一子楔块的声速c₁大于第二子楔块的声速c₂，第一子楔块的声阻抗Z₁小于第二子楔块的声阻抗Z₂；第一子楔块与第二子楔块的界面为圆弧面，圆弧面中心轴线水平位置位于楔块水平中心。

本发明进一步的改进在于，第一子楔块与线阵探头晶片相接触，第二子楔块与被检工件相接触。

本发明进一步的改进在于，第一子楔块的声阻抗Z₁与线阵探头晶片的声阻抗Z₀和被检工件的声阻抗Z₃的关系满足Z₁³＝Z₀²Z₃，第二子楔块的声阻抗Z₂与线阵探头晶片的声阻抗Z₀和被检工件的声阻抗Z₃的关系满足Z₂³＝Z₀Z₃²。

本发明进一步的改进在于，第一子楔块与第二子楔块的界面弧顶与楔块上表面的距离小于0.1mm。