超聲波探頭專利技術(shù)發(fā)展研究

卞慶娜

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東　廣州　510000）

超聲波探頭專利技術(shù)發(fā)展研究

卞慶娜

（國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作廣東中心，廣東廣州510000）

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)用途和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(xué)技術(shù)水平的不斷提高，為適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)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(cè)技術(shù)中應(yīng)用的壓電換能器是多種多樣的，但最廣泛應(yīng)用的是厚度振動(dòng)型的壓電換能器（俗稱探頭），它受激勵(lì)而產(chǎn)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(dāng)?shù)姆椒▽?shí)現(xiàn)波型轉(zhuǎn)換，把縱波轉(zhuǎn)換成其他所需要的波型用于檢測(cè)。探頭的性能是超聲檢測(cè)技術(shù)中的一個(gè)決定性要素，對(duì)檢測(cè)結(jié)果有重要的影響。

2　超聲波探頭主要技術(shù)發(fā)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(jié)構(gòu)主要包括：壓電晶片、保護(hù)膜以及吸收塊［1］的功能是發(fā)射與接收超聲波；保護(hù)膜的功能是避免晶片與工件直接接觸而磨損晶片，同時(shí)也保護(hù)晶片不被碰傷，還作為中間介質(zhì)以改善透聲性能；吸收塊主要有以下三個(gè)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(fā)射的聲波和抑制雜波，（3）吸收（阻尼）晶片的振動(dòng)能量，縮短晶片的振鈴時(shí)間，使晶片被發(fā)射脈沖激勵(lì)后能很快停止下來，起到降低機(jī)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(fā)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(xiàng)吸收斜楔中楔內(nèi)回波的功能，以防止楔內(nèi)回波對(duì)晶片的干擾。

2.3組合雙晶探頭

組合雙晶探頭在探測(cè)時(shí)工作于一發(fā)一收模式，即由兩塊晶片分別發(fā)射和接收超聲波，使超聲波的聲路有所調(diào)整，也可以明顯提高檢測(cè)信噪比。

申請(qǐng)?zhí)?5239707.2的實(shí)用新型專利申請(qǐng)［2］，其公開了一種超聲波自動(dòng)探傷沖水探頭，是ZSF-H型超聲波全自動(dòng)鋼軌探傷機(jī)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(shè)有可與探傷機(jī)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(shè)有耐磨磨塊，外殼兩端面上有凸耳可與探傷機(jī)的夾持器連接。

日本專利（公開號(hào) JP2003-302388A）公開了一種雙晶超聲波探頭［3］，該探頭包括發(fā)送和接收信號(hào)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(cè)的吸聲材料。該結(jié)構(gòu)有效的減少了端面回波，可以對(duì)材料進(jìn)行更加準(zhǔn)確的超聲檢測(cè)。

2.4聚焦探頭

超聲聚焦探頭能把發(fā)出的超聲波束會(huì)聚成一細(xì)束，在焦點(diǎn)處聲能高度集中，從而可以大大提高檢測(cè)靈敏度和分辨率，此外還能降低干擾信號(hào)，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(fā)射的超聲波直接聚焦，此時(shí)晶片的振動(dòng)已不完全是如同平面晶片那樣的厚度振動(dòng)，而有彎曲振動(dòng)等復(fù)雜形式出現(xiàn)。

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(xué)與折射原理，使經(jīng)過聲透鏡后的超聲波束會(huì)聚達(dá)到聚焦目的。

申請(qǐng)?zhí)?00520078774.2的實(shí)用新型專利申請(qǐng)［4］，公開了一種空氣超聲探頭，可用于非接觸式無損檢測(cè)。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(huán)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(huán)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(huán)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(jìn)行空氣超聲檢測(cè)。

日本專利（公開號(hào) 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(gè)超聲波振子的超聲波振子部、聲透鏡和低衰減介質(zhì)，并進(jìn)一步具有在內(nèi)部容納超聲波振子部、聲透鏡和低衰減介質(zhì)。在探頭殼體內(nèi)，低衰減介質(zhì)配置在超聲波探頭的前端部側(cè)（與被檢體的接觸面?zhèn)龋?，低衰減介質(zhì)、聲透鏡和超聲波振子部以該順序來進(jìn)行配置。由此，通過聲透鏡來聚束從超聲波振子部發(fā)送的超聲波，并經(jīng)由低衰減介質(zhì)發(fā)送到探頭殼體的外部。來自被檢體的反射波經(jīng)由低衰減介質(zhì)和聲透鏡由超聲波振子部來加以接收。

3　結(jié)語

無損檢測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)在我國日常產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)和大量在用工業(yè)和民用設(shè)備的檢驗(yàn)中發(fā)揮了十分重要的作用，超聲波無損檢測(cè)作為無損檢測(cè)中一種重要的檢測(cè)方法，也越來越受到各行各業(yè)的重視。超聲波探頭的性能直接決定了超聲波檢測(cè)結(jié)果的優(yōu)良程度，幾十年來，超聲波探頭技術(shù)已經(jīng)得到了相當(dāng)大的發(fā)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(cè)范圍，檢測(cè)的靈敏度等，希望在未來的發(fā)展中，超聲波探頭領(lǐng)域能夠得到更好的發(fā)展，以滿足人們?nèi)找鎳?yán)格的檢測(cè)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(jìn)縣鳴凰電子器材廠，超聲波自動(dòng)探傷沖水探頭，中國，95239707.2，1996-06-26

［3］西北工業(yè)大學(xué)，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。