專利名稱：一種超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及通過(guò)超聲波接觸阻抗原理無(wú)損傷測(cè)量金屬硬度的探頭裝置，尤其涉及一種超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)發(fā)展對(duì)材料的要求越來(lái)越嚴(yán)格，硬度測(cè)試裝置也將成為機(jī)械工程師手上的一種利器。超聲波硬度計(jì)探頭工作原理:通過(guò)向鑲有維氏測(cè)頭的諧振桿發(fā)射超聲波使之諧振，向探頭加載固定的力使之壓入被測(cè)金屬表面，諧振桿的諧振頻率會(huì)隨著壓痕的大小發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)試頻率的變化量得出硬度值?，F(xiàn)階段普遍使用的傳統(tǒng)硬度試驗(yàn)機(jī)，如布氏、洛氏、維氏硬度試驗(yàn)機(jī)，都是將特定壓頭以一定的靜載荷壓入被試材料表面，在其表面產(chǎn)生壓痕，再用機(jī)械或光學(xué)的方法直接測(cè)量此壓痕的大小，來(lái)評(píng)價(jià)被試材料的硬度，表征材料硬度值的壓痕應(yīng)是加載時(shí)材料的全部變形，但由于硬度值是在卸載的情況下讀取的，被測(cè)的壓痕只是殘余的塑性變形，變形中的彈性恢復(fù)被忽略了。另一方面，硬度值是在假定壓痕是壓頭真實(shí)幾何形狀反映的前提下確定的，而實(shí)際上殘余的壓痕與壓頭形狀并不完全相符。以上兩個(gè)因素對(duì)測(cè)量值的影響取決于被試材料的彈性模量和屈服極限。而超聲硬度計(jì)試驗(yàn)方法的實(shí)質(zhì)是通過(guò)諧振頻率增量對(duì)壓痕間接估值，測(cè)量是在測(cè)頭與被試材料接觸的加載情況下進(jìn)行的，因此，可以避免傳統(tǒng)硬度試驗(yàn)中壓痕彈性恢復(fù)和壓痕變形的問(wèn)題。與里氏硬度計(jì)相比，里氏硬度測(cè)量是基于非完全彈性碰撞原理.通過(guò)碰撞中的沖擊能量損失確定硬度值的硬度計(jì)。由于里氏硬度值的大小取決于被試材料壓痕中彈性變形功在全部變形功中所占的比例，而碰撞過(guò)程時(shí)間極快，使壓痕產(chǎn)生過(guò)程極短，因此任何影響沖擊體回彈速度，消耗沖擊能量，使壓痕產(chǎn)生不充分的因素都會(huì)對(duì)測(cè)量造成影響，使其在應(yīng)用過(guò)程中的技木條件受到一定的限制。里氏硬度試樣的技術(shù)條件主要包括試樣的質(zhì)量、表面粗糙度、厚度和幾何形狀等方面，里氏硬度測(cè)試和超聲硬度測(cè)試都是動(dòng)態(tài)的無(wú)損測(cè)試方法。當(dāng)試樣具有相當(dāng)大的質(zhì)量，尤其是大質(zhì)量厚壁結(jié)構(gòu)時(shí)，可以使里氏硬度計(jì)的優(yōu)勢(shì)充分發(fā)揮；但超聲硬度計(jì)所基于的超聲接觸阻抗(UCI)方法的獨(dú)到優(yōu)勢(shì)，使其具有更廣泛的應(yīng)用范圍。與傳統(tǒng)超聲波硬度計(jì)探頭相比，傳統(tǒng)的超聲波硬度計(jì)探頭通常測(cè)頭諧振桿是一端固定在一個(gè)大質(zhì)量剛體上，另一端鑲有金剛石維氏壓頭，通過(guò)向振動(dòng)線圈發(fā)射脈沖信號(hào)使諧振桿產(chǎn)生超聲振動(dòng)，感應(yīng)器件感應(yīng)超聲振動(dòng)輸出微弱感應(yīng)電壓信號(hào)。傳統(tǒng)型超聲波硬度計(jì)探頭由于采用的是磁激勵(lì)線圈激勵(lì)諧振桿產(chǎn)生超聲振動(dòng)，容易受干擾而且是輸出信號(hào)不穩(wěn)定，另外探頭內(nèi)對(duì)感應(yīng)微弱信號(hào)沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理而輸出也容易受接線長(zhǎng)短外部環(huán)境磁場(chǎng)的干擾輸出信號(hào)不穩(wěn)定導(dǎo)致精度不高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)，由超聲波感應(yīng)器件激勵(lì)和接收，并在探頭內(nèi)部集成信號(hào)放大電路對(duì)輸出信號(hào)做處理再輸出，提高信號(hào)穩(wěn)定性，達(dá)到保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性的目的。為有效解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下:一種超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)，該組成結(jié)構(gòu)包括振動(dòng)桿、集成電路板及兩組感應(yīng)器件，所述感應(yīng)器件分別與所述振動(dòng)桿及集成電路板相互連接。特別的，所述集成電路板一側(cè)與所述感應(yīng)器件相互連接，另一側(cè)還包括一與之連接的信號(hào)輸入端口及信號(hào)輸出端口。特別的，所述集成電路板上設(shè)有信號(hào)發(fā)射單元、信號(hào)處理單元及信號(hào)輸出單元，分別實(shí)現(xiàn)信號(hào)激發(fā)、放大處理及輸出。特別的，所述感應(yīng)器件為一組信號(hào)激發(fā)感應(yīng)器及一組接收感應(yīng)器。本實(shí)用新型的有益效果:本實(shí)用新型提供的超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)針對(duì)傳統(tǒng)的超聲波硬度計(jì)探頭的磁激勵(lì)式驅(qū)動(dòng)和感應(yīng)信號(hào)輸出未經(jīng)過(guò)處理容易受干擾從而產(chǎn)生較大誤差的缺陷做改進(jìn)，提供由超聲波感應(yīng)器件激勵(lì)和接收，并在探頭內(nèi)部集成信號(hào)放大電路對(duì)輸出信號(hào)做處理再輸出，提高信號(hào)穩(wěn)定性，達(dá)到保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性的目的；采用兩組感應(yīng)器件，去掉傳統(tǒng)的磁激勵(lì)線圈，信號(hào)穩(wěn)定，另外加入集成控制電路，在探頭內(nèi)部對(duì)微弱的電信號(hào)進(jìn)行處理后再輸出，加強(qiáng)了抗干擾能力，進(jìn)一步提高穩(wěn)定性和適用性。
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是本實(shí)用新型超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)的組成示意圖；圖2是本實(shí)用新型超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)的又一示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例:如圖1及圖2所示，本實(shí)施例中提供的超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)，該組成結(jié)構(gòu)包括振動(dòng)桿、集成電路板及兩組感應(yīng)器件，所述感應(yīng)器件分別與所述振動(dòng)桿及集成電路板相互連接。所述集成電路板一側(cè)與所述感應(yīng)器件相互連接，另一側(cè)還包括一與之連接的信號(hào)輸入端口及信號(hào)輸出端口。所述集成電路板上設(shè)有信號(hào)發(fā)射單元、信號(hào)處理單元及信號(hào)輸出單元，分別實(shí)現(xiàn)信號(hào)激發(fā)、放大處理及輸出。所述感應(yīng)器件為一組信號(hào)激發(fā)感應(yīng)器及一組接收感應(yīng)器。在本實(shí)施例中，所述超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)工作原理如下所述:諧振桿的固定點(diǎn)兩端分別植入兩組感應(yīng)器件，一組感應(yīng)器件負(fù)責(zé)發(fā)送超聲信號(hào)使振動(dòng)桿諧振，另外一組晶片負(fù)責(zé)接收振動(dòng)桿振動(dòng)信號(hào)，在探頭內(nèi)部集成信號(hào)處理集成電路，對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行整形后驅(qū)動(dòng)感應(yīng)器件，同時(shí)信號(hào)處理集成電路對(duì)接收的微弱感應(yīng)信號(hào)進(jìn)行整形處理使之穩(wěn)定然后送出到終端機(jī)。具體的，通過(guò)集成線路板發(fā)射電信號(hào)驅(qū)動(dòng)一組感應(yīng)器件使諧振桿諧振，另外一組感應(yīng)器件接收諧振桿的超聲波振動(dòng)并反饋信號(hào)給集成線路板，集成線路板對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理然后輸出到便攜式超聲波硬度計(jì)手持終端機(jī)。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，對(duì)薄小件，復(fù)雜形狀的工件，只需用不同的測(cè)頭適配塊，就可直接測(cè)量，避免了工裝夾具的設(shè)計(jì)和測(cè)量值換算修正等步驟。試樣表面粗糙度越大，表面對(duì)諧振桿壓頭的約束力也越大，諧振桿頻率上升，引起測(cè)量值偏低，對(duì)低硬度試樣影響較大，但Ra ( 12.5um( ▽ 3以上)情況下影響不大。要求厚度彡10倍壓痕穿透深度。在1.2KG砝碼負(fù)荷下，25-65HRC的鋼件相應(yīng)的壓痕深度為Hlum左右，因此可適用于非常薄的材料。測(cè)量值與壓痕接觸面積的投影有關(guān)，且因在加載情況下測(cè)量，受曲率半徑影響不大。本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，凡采用和本實(shí)用新型相似結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的所有方式 ，均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)，其特征在于，該組成結(jié)構(gòu)包括振動(dòng)桿、集成電路板及兩組感應(yīng)器件，所述感應(yīng)器件分別與所述振動(dòng)桿及集成電路板相互連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述集成電路板一側(cè)與所述感應(yīng)器件相互連接，另一側(cè)還包括一與之連接的信號(hào)輸入端口及信號(hào)輸出端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述集成電路板上設(shè)有信號(hào)發(fā)射單元、信號(hào)處理單元及信號(hào)輸出單元，分別實(shí)現(xiàn)信號(hào)激發(fā)、放大處理及輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述感應(yīng)器件為一組信號(hào)激發(fā)感應(yīng)器及一組接收感應(yīng)器。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種超聲波探頭的組成結(jié)構(gòu)，該組成結(jié)構(gòu)包括振動(dòng)桿、集成電路板及兩組感應(yīng)器件，所述感應(yīng)器件分別與所述振動(dòng)桿及集成電路板相互連接。針對(duì)傳統(tǒng)的超聲波硬度計(jì)探頭的磁激勵(lì)式驅(qū)動(dòng)和感應(yīng)信號(hào)輸出未經(jīng)過(guò)處理容易受干擾從而產(chǎn)生較大誤差的缺陷做改進(jìn)，提供由超聲波感應(yīng)器件激勵(lì)和接收，并在探頭內(nèi)部集成信號(hào)放大電路對(duì)輸出信號(hào)做處理再輸出，提高信號(hào)穩(wěn)定性，達(dá)到保證測(cè)量精度和穩(wěn)定性的目的；采用兩組感應(yīng)器件，去掉傳統(tǒng)的磁激勵(lì)線圈，信號(hào)穩(wěn)定，另外加入集成控制電路，在探頭內(nèi)部對(duì)微弱的電信號(hào)進(jìn)行處理后再輸出，加強(qiáng)了抗干擾能力，進(jìn)一步提高穩(wěn)定性和適用性。
文檔編號(hào)G01N29/24GK202994742SQ20122068187
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者鄭春平 申請(qǐng)人:東莞市中旺精密儀器有限公司