专利名称：带耐磨保护层的工业相控阵探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种带耐磨保护层的工业相控阵探头。
背景技术：
现有的带耐磨保护层的工业相控阵探头本身由几部分构成，分别是用于声发射和 接收的晶片(可以是各种压电材料，包括1-3，2-2等各类型的复合材料)，晶片本身被分成 多个可以独立控制工作的阵元，根据需要每个阵元还可以被再分为多个小单元；用于声吸 收的背材部分(由声衰减较高的材料制成)；用于电连接的电信号引出部分了 ；以及晶片前 端的匹配层和保护层。相控阵探头在工作时是通过控制换能器阵中各阵元激励(或接收) 脉冲的时间延迟，改变由各个阵元发射(或接收)声波到达被检物体内部某点时的相位关 系，实现聚焦点和声束方位的变化，完成声成像的技术。如图1、2所示，在采用直接接触法检测工件时，传统的工业用超声相控阵探头 1 (包含纵波模式和横波模式)采用延迟块或斜块耦合在探头发射面和待测工件之间，因此 在移动检测时，可以保护探头发射面不被磨损。工业用超声相控阵探头1通过延迟块4'或 斜块3'对待测的被测材料2 (主要是钢等金属)进行查扫，因为工业用超声相控阵探头1 没有直接接触检测面所以避免了磨损的问题。但是采用上述方案存在几个问题首先，使用的延迟块和斜块材料，一般为聚苯乙烯、有机玻璃、ABS塑料以及其他高 分子材料，这些材料与查扫的钢之间、以及与换能期的压电陶瓷存在严重的声阻抗失配，致 使能量不能有效地传递，灵敏度低下。为了与延迟块或斜块匹配，探头一般都会设置匹配 层，根据材料的声学性质，外层匹配层都不会是硬度足够的耐磨材料。其次，声波在通过延迟块材料时，会发生衰减、散射、折射等问题，使相控阵探头的 声束特性发生变化，成像效果明显下降。可是如果不通过延迟块4'而直接在被测材料2上进行缺陷等方面的查扫，就会 面临带耐磨保护层的工业相控阵探头1严重磨损以致损坏的问题。
发明内容本实用新型的目的是对现有技术进行改进，提供一种带耐磨保护层的工业相控阵 探头，可以在被测材料上直接进行查扫而不容易损坏，成像效果好，采用的技术方案如下本实用新型的带耐磨保护层的工业相控阵探头，包括用于声发射和接收的晶片、 用于声吸收的背衬部分及其基台、用于电连接的电信号引出部分，其特征在于还包括耐磨 保护层，所述耐磨保护层设在晶片外表面。所述耐磨保护层的声阻抗率应当位于晶片与钢等待测的硬质材料的声阻抗率之 间。一种较佳的方案，所述耐磨保护层的声阻抗率大于晶片的声阻抗率、并且小于钢的声阻 抗率(其中钢的声阻抗率为46. 5X10e6Pa -s/m, 10e6即10的6次方)，这是因为被测材料 主要是钢，因此耐磨保护层的声阻抗率最好小于钢的声阻抗率。[0011]一种较优的方案，所述晶片的声阻抗范围为5-34X10e6Pa · s/m，耐磨保护层的声 阻抗率范围为5. 1-50X 10e6Pa · s/m。所述耐磨保护层的厚度范围为0.01_5mm。所述耐磨保护层的厚度范围在 0.01-5mm之间，能够保证耐磨保护层不会影响带耐磨保护层的工业相控阵探头的使用效
^ ο一种较优的方案，所述耐磨保护层的厚度范围为0. 1-lmm。一种简单的方案，所述耐磨保护层粘在晶片外表面。将耐磨保护层用胶水等粘结 到晶片外表面，是最简单的一种方案，其缺点是难以更换，一旦耐磨保护层损坏后难以从晶 片外表面取下更换新的耐磨保护层，因此只能整个报废。一种较优的方案，所述耐磨保护层用固定件可拆卸的固定在晶片外表面。用于采 用固定件固定，因此耐磨保护层损坏后，耐磨保护层能够从晶片外表面取下，更换一个新的 耐磨保护层后，就能够重新使用，能够有效的降低成本。本实用新型对照现有技术的有益效果是，由于采用在晶片外表面直接设置耐磨保 护层的方案取代现有技术的延迟块、斜块，使得工业相控阵探头可以在钢等硬质材料的表 面上直接查扫，由于耐磨材料本身的高硬度，因此不会对探头造成损伤，这样就可以不经过 延迟块或斜块而直接成像；由于钢等硬质材料的声阻抗率大于耐磨保护层的声阻抗率，耐 磨保护层的声阻抗率大于晶片的声阻抗率，因此耐磨保护层还能起到一定的声阻抗匹配作 用，从而进一步改善探头在查扫时的灵敏度，可以避免延迟块与钢之间、延迟块与换能器之 间的声阻抗失配；另外，由于使用阻抗匹配的耐磨保护层，其厚度可以做得很薄，避免了声 波在通过延迟块材料时发生衰减、散射、折射等问题，因此相控阵探头的声束特性较好，成 像效果明显提高。

图1是本实用新型现有技术的一个结构示意图；图2是本实用新型现有技术的另一个结构示意图；图3是本实用新型实施例1的结构示意图。
具体实施方式
实施例1如图3所示，本实施例中的带耐磨保护层的工业相控阵探头，包括用于声发射和 接收的晶片103、用于声吸收的背衬部分102及其基台101、用于电连接的电信号引出部分 105，还包括耐磨保护层104，所述耐磨保护层104设在晶片103外表面。本实施例中，晶片103的材料为PZT-5H，其声阻抗率为34X 10e6Pa · s/m，耐磨保 护层104的材料为白刚玉，其声阻抗率为36X 10e6Pa q/m。因此所述耐磨保护层104的声 阻抗率大于晶片103的声阻抗率，耐磨保护层104的声阻抗率小于钢的声阻抗率。所述耐磨保护层104的厚度为1mm。所述耐磨保护层104粘在晶片103外表面。实施例2本实施例中的带耐磨保护层的工业相控阵探头与实施例1的区别在于复合材料晶片103的声阻抗率为llX10e6Pa · s/m，耐磨保护层104的声阻抗率为38X10e6Pa · s/ m0所述耐磨保护层104的厚度范围为0. 2mm。所述耐磨保护层104用固定件可拆卸的固定在晶片103外表面。用于采用固定件 固定，因此耐磨保护层104损坏后，耐磨保护层104能够从晶片103外表面取下，更换一个 新的耐磨保护层104后，就能够重新使用，能够有效的降低成本。
权利要求一种带耐磨保护层的工业相控阵探头，包括用于声发射和接收的晶片、用于声吸收的背衬部分及其基台、用于电连接的电信号引出部分，其特征在于还包括耐磨保护层，所述耐磨保护层设在晶片外表面。
2.如权利要求1所述的带耐磨保护层的工业相控阵探头，其特征在于所述耐磨保护 层的声阻抗率大于晶片的声阻抗率，并且小于待测的硬质材料的声阻抗率，所述待测的硬 质材料为钢。
3.如权利要求2所述的带耐磨保护层的工业相控阵探头，其特征在于所述晶片的声 阻抗范围为5-34X10e6Pa · s/m，耐磨保护层的声阻抗率范围为5. l_50X10e6Pa · s/m。
4.如权利要求1-3中任意一项所述的带耐磨保护层的工业相控阵探头，其特征在于 所述耐磨保护层的厚度范围为0. 01-5mm。
5.如权利要求4所述的带耐磨保护层的工业相控阵探头，其特征在于所述耐磨保护 层的厚度范围为0. 1-lmm。
6.如权利要求4所述的带耐磨保护层的工业相控阵探头，其特征在于所述耐磨保护 层粘在晶片外表面。
7.如权利要求4所述的带耐磨保护层的工业相控阵探头，其特征在于所述耐磨保护 层用固定件可拆卸的固定在晶片外表面。
专利摘要一种工业相控阵探头，包括用于声发射和接收的晶片、用于声吸收的背衬部分及其基台、用于电连接的电信号引出部分，其特征在于还包括耐磨材料层，所述耐磨材料层设在晶片外表面。本实用新型的有益效果是，工业相控阵探头可以在钢等硬质材料的表面上直接查扫，由于耐磨材料本身的高硬度，因此不会对探头造成损伤，这样就可以不经过延迟块或斜块而直接成像；耐磨材料层还能起到一定的匹配作用，从而进一步改善探头在查扫时的灵敏度，可以避免延迟块与钢等硬质材料之间、延迟块与换能器之间的声阻抗失配；另外，耐磨材料层的厚度可以做得很薄，避免了声波在通过延迟块材料时发生衰减、散射、折射等问题，因此相控阵探头的声束特性较好，成像效果明显提高。
文档编号G01N29/06GK201697899SQ20102016213
公开日2011年1月5日 申请日期2010年4月10日 优先权日2010年4月10日
发明者吴锦川, 姚立恒, 蔡恒辉 申请人:汕头市超声仪器研究所有限公司