超聲波探頭專利技術發展研究

卞慶娜

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東　廣州　510000）

超聲波探頭專利技術發展研究

卞慶娜

（國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心，廣東廣州510000）

在實際應用中，根據用途和結構特點分類，超聲波探頭可以分為普通直探頭、普通斜探頭、組合雙晶探頭、聚焦探頭等，隨著科學技術水平的不斷提高，為適應工業生產應用需求的超聲探頭品種還將日益增多。

超聲波探頭；專利

1　引言

在超聲檢測技術中應用的壓電換能器是多種多樣的，但最廣泛應用的是厚度振動型的壓電換能器（俗稱探頭），它受激勵而產生的超聲波是縱波，然后可以利用超聲波的折射特性，通過適當的方法實現波型轉換，把縱波轉換成其他所需要的波型用于檢測。探頭的性能是超聲檢測技術中的一個決定性要素，對檢測結果有重要的影響。

2　超聲波探頭主要技術發展

2.1普通直探頭

普通直探頭俗稱平探頭或平直探頭，其基本結構主要包括：壓電晶片、保護膜以及吸收塊［1］的功能是發射與接收超聲波；保護膜的功能是避免晶片與工件直接接觸而磨損晶片，同時也保護晶片不被碰傷，還作為中間介質以改善透聲性能；吸收塊主要有以下三個方面的功能：（1）作為支承晶片的背襯材料，（2）吸收晶片向背面發射的聲波和抑制雜波，（3）吸收（阻尼）晶片的振動能量，縮短晶片的振鈴時間，使晶片被發射脈沖激勵后能很快停止下來，起到降低機械Q值（Qm）的作用，以保證波形不失真和分辨率的要求。

2.1普通斜探頭

普通斜探頭壓電晶片的功能與直探頭相同，用以發射和接收超聲波；吸收塊的功能除與直探頭情況相同外，還增加一項吸收斜楔中楔內回波的功能，以防止楔內回波對晶片的干擾。

2.3組合雙晶探頭

組合雙晶探頭在探測時工作于一發一收模式，即由兩塊晶片分別發射和接收超聲波，使超聲波的聲路有所調整，也可以明顯提高檢測信噪比。

申請號95239707.2的實用新型專利申請［2］，其公開了一種超聲波自動探傷沖水探頭，是ZSF-H型超聲波全自動鋼軌探傷機的配套雙晶探頭，包括有外殼，三角形切塊和晶片，三角形切塊斜面上的雙晶片與法線的兩夾角－入射角為29～31°，外殼蓋上設有可與探傷機相接的注水管，外殼底面有與注水管相通的出水槽，外殼底面兩端設有耐磨磨塊，外殼兩端面上有凸耳可與探傷機的夾持器連接。

日本專利（公開號 JP2003-302388A）公開了一種雙晶超聲波探頭［3］，該探頭包括發送和接收信號振子，聲波延遲材料，聲波隔離板，以及位于聲波延遲材料外側的吸聲材料。該結構有效的減少了端面回波，可以對材料進行更加準確的超聲檢測。

2.4聚焦探頭

超聲聚焦探頭能把發出的超聲波束會聚成一細束，在焦點處聲能高度集中，從而可以大大提高檢測靈敏度和分辨率，此外還能降低干擾信號，提高信噪比。

使超聲波聚焦的方法主要有兩種：

A、直接將晶片制成凹面形，發射的超聲波直接聚焦，此時晶片的振動已不完全是如同平面晶片那樣的厚度振動，而有彎曲振動等復雜形式出現。

B、在換能器平面壓電元件前面加聚焦聲透鏡，利用幾何聲學與折射原理，使經過聲透鏡后的超聲波束會聚達到聚焦目的。

申請號200520078774.2的實用新型專利申請［4］，公開了一種空氣超聲探頭，可用于非接觸式無損檢測。包括同軸電纜，金屬外殼，吸收塊，壓電晶片和絕緣套，還包括匹配層，聲聚焦透鏡，環形壓片，匹配層上端面中間與壓電晶片緊貼，聲聚焦透鏡緊貼匹配層，用金屬環形壓片將聲聚焦透鏡和匹配層壓緊在壓電晶片的表面，再用若干枚螺絲將金屬環形壓片、匹配層和聲聚焦透鏡與金屬外殼連接在一起。由于采用了硅橡膠聲聚焦透鏡和鎂合金匹配層，透射率提高近40倍，可進行空氣超聲檢測。

日本專利（公開號 JP2008000581 A）公開了一種超聲波探頭［5］，該超聲波探頭具有沿掃描方向排列了多個超聲波振子的超聲波振子部、聲透鏡和低衰減介質，并進一步具有在內部容納超聲波振子部、聲透鏡和低衰減介質。在探頭殼體內，低衰減介質配置在超聲波探頭的前端部側（與被檢體的接觸面側），低衰減介質、聲透鏡和超聲波振子部以該順序來進行配置。由此，通過聲透鏡來聚束從超聲波振子部發送的超聲波，并經由低衰減介質發送到探頭殼體的外部。來自被檢體的反射波經由低衰減介質和聲透鏡由超聲波振子部來加以接收。

3　結語

無損檢測與評價技術在我國日常產品質量檢驗和大量在用工業和民用設備的檢驗中發揮了十分重要的作用，超聲波無損檢測作為無損檢測中一種重要的檢測方法，也越來越受到各行各業的重視。超聲波探頭的性能直接決定了超聲波檢測結果的優良程度，幾十年來，超聲波探頭技術已經得到了相當大的發展，并逐漸趨于成熟。但是仍然有一些問題需要解決，如探頭的探測范圍，檢測的靈敏度等，希望在未來的發展中，超聲波探頭領域能夠得到更好的發展，以滿足人們日益嚴格的檢測需求。

［1］趙金玲，單晶片水柱水膜直探頭，中國，99223302.X，2000-03-22

［2］武進縣鳴凰電子器材廠，超聲波自動探傷沖水探頭，中國，95239707.2，1996-06-26

［3］西北工業大學，空氣超聲探頭，中國，200520078774.2，2006-06-21

TD455

A

1003-5168（2015）11-018-01

卞慶娜（1988－），女，碩士研究生，研究方向:熒光分析。