超聲波檢測用探頭結(jié)構(gòu)專利技術(shù)綜述

劉俊　張若劍

摘 要：超聲波探傷與其他常規(guī)無損檢測技術(shù)相比，具有檢測對象廣泛，缺陷定位準(zhǔn)確、定位快等優(yōu)點(diǎn)，而超聲探頭在超聲檢測技術(shù)中占據(jù)重要的位置，其屬于超聲檢測的核心組成部件，由于其結(jié)構(gòu)不同，將分成不同的類型，文章對不同結(jié)構(gòu)的超聲探頭專利申請入手，分析其技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)，對各技術(shù)分支進(jìn)行專利分析。

關(guān)鍵詞：超聲波；無損探傷；探頭；壓電式

中圖分類號：N18 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0027-02

Abstract： Compared with other conventional nondestructive testing techniques， ultrasonic flaw detection has the advantages of wide range of detection objects， accurate location of defects and fast positioning， while ultrasonic probe occupies an important position in ultrasonic testing technology. Its core components used for ultrasonic detection， due to its different structures， can be divided into different types. This paper starts with the patent application of ultrasonic probes with different structures， analyzes the development of the technology， and analyzes the patent of each technical branch.

Keywords： ultrasonic wave； non-destructive testing （NDT）； probe； piezoelectric type

引言

超聲波探傷，是無損檢測中的重要方法，廣泛運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域。超聲波探傷技術(shù)起始于20世紀(jì)30年代，經(jīng)歷了超聲波穿透法、聲納法、脈沖反射法等一系列發(fā)展[1]，發(fā)展到20世紀(jì)60年代，超聲波探傷已經(jīng)在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)70年代計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)入超聲波探傷領(lǐng)域，使探傷設(shè)備抗干擾能力得到提高，計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算能力也讓探傷儀具有了自動讀數(shù)、識別、補(bǔ)償、定量和報(bào)警的能力。20世紀(jì)80年代，大規(guī)模集成電路和微機(jī)技術(shù)的發(fā)展給數(shù)字超聲波探傷儀注入了新的活力，使得檢測數(shù)據(jù)更加形象具體，現(xiàn)今，超聲波探傷儀已被廣泛地應(yīng)用于冶金、機(jī)械、建筑、航空航天等多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，且自動化、圖像化的超聲波探傷技術(shù)也取得顯著成效[2]。

1 超聲檢測用探頭的專利技術(shù)分析

1.1 專利技術(shù)分支

本文首先通過對非專利庫和中文專利庫的檢索獲得常用的中英文檢索關(guān)鍵詞，然后在CNABS、DWPI數(shù)據(jù)庫中構(gòu)建檢索式進(jìn)行檢索，數(shù)據(jù)截止2016年底（包括2016年），先對檢索結(jié)果進(jìn)行粗篩，排除掉相差較遠(yuǎn)的，當(dāng)文獻(xiàn)量達(dá)到800篇左右時(shí)進(jìn)行細(xì)篩，選出有關(guān)超聲探頭結(jié)構(gòu)的專利，并仔細(xì)瀏覽其結(jié)構(gòu)組成，根據(jù)超聲探頭的工作原理不同，主要分成壓電式和磁致伸縮式； 根據(jù)原理和結(jié)構(gòu)的不同，獲得技術(shù)分解表格及相關(guān)定義表格如表1。

1.2 超聲用探頭的專利申請量年度分布

本文對2017年之前的超聲有關(guān)專利申請數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析形成圖1。

如圖1所述，有關(guān)超聲用兩種探頭的專利申請最早出現(xiàn)在1962年左右，之后得到大力發(fā)展，尤其是磁致伸縮式超聲探頭，在1970-1990年代得到長足的發(fā)展，而對于壓電式，申請量相對較少，而進(jìn)入21世紀(jì)后，壓電式超聲探頭逐漸占領(lǐng)上方，尤其是在1995年到2008年左右，申請量逐漸上升，平均申請量在20～30件左右，而在2015～2016年申請量到達(dá)一定的高度，而至于在2017年的申請量下降，是由于在2016～2017年的部分專利還未進(jìn)行公開，無法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并不能說明專利申請量在下降。

而對于國內(nèi)的有關(guān)壓電超聲探頭的年度申請量，見圖2，其年度申請量趨勢與全球申請量保持一致，其主要原因在于我國的申請量相比于其他國家，其申請量占主要部分，申請量在2000年以后進(jìn)入快速增長階段，于2015年左右申請量增長至最大，我國或在2016、2017年申請量又進(jìn)入一個(gè)新的高度。

1.3 壓電式超聲探頭專利申請?jiān)瓌?chuàng)國及目標(biāo)國分布

為了比較各國在超聲探頭領(lǐng)域的研發(fā)能力和技術(shù)水平，本文選擇原創(chuàng)國對檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在多個(gè)同族申請中，只按原創(chuàng)國統(tǒng)計(jì)一次，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖3所示，由圖中可知，中國、美國、日本、韓國、德國是專利申請的主要原創(chuàng)國，上述五個(gè)國家或地區(qū)的申請量占到了全球申請總量的96%，其中中國占54%，美國占21%，日本占14%，韓國占6%，德國占1%，尤其是我國在最近的十幾年里，由于基礎(chǔ)建設(shè)的高速發(fā)展，城市建筑業(yè)的爆發(fā)，其中特別是鋼管、鋼材等多種材料的運(yùn)用，使得對其具有較高的質(zhì)量要求，無論是生產(chǎn)中或材料應(yīng)用中，均需對材料進(jìn)行無損檢測，而采用超聲探頭進(jìn)行探傷則屬于本領(lǐng)域常用的一種無損探傷方式，使得超聲探頭得到迅猛發(fā)展。

1.4 壓電式超聲探頭重要申請人申請量

對申請人進(jìn)行分析，如圖4，由圖可知，其申請量主要來源于國外的大型公司，其中以美國公司的申請量為主，排名第一的來自美國的蝴蝶網(wǎng)絡(luò)公司，其申請量占據(jù)第一，達(dá)到37件，而國內(nèi)申請量主要來源于研究所和國家電網(wǎng)，其申請量相對靠前，而對于其他申請量未進(jìn)入前10的公司，經(jīng)過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)其申請量相對較分散，同一個(gè)申請人對于超聲探頭結(jié)構(gòu)未作過多的研究，尤其是高校，對于超聲探頭結(jié)構(gòu)的研究相對較少，其更多的無損探傷時(shí)是利用現(xiàn)成的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測，未對結(jié)構(gòu)做出重要的改進(jìn)。

2 結(jié)束語

本文詳細(xì)梳理了超聲波檢測用探頭的技術(shù)研究情況，通過檢索以及對檢索結(jié)果的分析和整理，重點(diǎn)分析了有關(guān)壓電式超聲探頭結(jié)構(gòu)的重要的申請人，同時(shí)也了解了有關(guān)超聲探頭的主要原創(chuàng)國和專利申請量的變化趨勢，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，有關(guān)超聲探頭結(jié)構(gòu)已經(jīng)趨于成熟，尤其是我國在超聲探頭方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢，企業(yè)在申請量上保持一定優(yōu)勢，而高校相對落后，本文通過對超聲探頭技術(shù)發(fā)展進(jìn)行梳理，希望對后續(xù)的技術(shù)開發(fā)與專利申請能夠提供指導(dǎo)性意見。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉天佑.鋼材質(zhì)量檢驗(yàn)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2007.

[2]沈建中.超聲無損檢測的進(jìn)展——學(xué)會成立20周年回顧[J].無損檢測，1998，02：31-33+38.