本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種單晶片和相控陣超聲組合探頭。
背景技術(shù)：
相控陣技術(shù)近年來被廣泛應(yīng)用于工業(yè)零部件的超聲檢測。與常規(guī)的單晶片超聲檢測不同，相控陣技術(shù)采用具有復(fù)數(shù)個晶片的相控陣探頭進行檢測。通過控制每個晶片發(fā)射和接收超聲波的延遲時間，可以控制超聲聲束的偏轉(zhuǎn)、聚焦等特定行為。超聲相控陣探頭的設(shè)計基于惠更斯原理。換能器由多個相互獨立的壓電晶片組成陣列，每個晶片稱為一個單元，按一定的規(guī)則和時序用電子系統(tǒng)控制激發(fā)各個單元，使陣列中各單元發(fā)射的超聲波疊加形成一個新的波陣面。同樣，在反射波的接收過程中，按一定規(guī)則和時序控制接收單元的接收并進行信號合成，再將合成結(jié)果以適當(dāng)形式顯示。通過合理設(shè)置不同晶片的激發(fā)方式(即改變聚焦法則)，一個相控陣探頭相當(dāng)于多個普通探頭的組合，通過計算機軟件可進行探頭參數(shù)和特性的動態(tài)調(diào)整以滿足檢測的需要。
相控陣探頭按其形狀和晶片的排列方式可分為線性相控陣探頭、環(huán)形相控陣探頭等。其中環(huán)形相控陣探頭外形為圓形，其晶片為同心排布的多個圓環(huán)，為了使阻抗匹配，每個環(huán)的面積相同，環(huán)與環(huán)之間的間隙相同。工作時按設(shè)定好的延時法則順次激勵每個晶片，使發(fā)射出的聲場匯聚于材料中的指定深度。
相控陣與常規(guī)檢測技術(shù)相比雖然具有很大的優(yōu)勢，但也有一定的不足，其中比較重要的一點就是近表面分辨力較差。受相控陣技術(shù)本身原理的限制，環(huán)形相控陣探頭中每個晶片發(fā)射的脈沖經(jīng)過耦合層(一般為水)到達被檢材料表面的時間有先有后，這就使得界面反射信號在時間軸上的寬度較大，表現(xiàn)在超聲檢測的a掃描信號中，就是材料近表面盲區(qū)大。當(dāng)缺陷位于近表面時，采用相控陣技術(shù)就難以發(fā)現(xiàn)。一般而言，在φ0.4mm平底孔當(dāng)量靈敏度下，常規(guī)的聚焦探頭可以分辨埋深在1.5mm左右的缺陷，而相控陣技術(shù)只能分辨埋深3mm及以上的缺陷。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是：提出一種單晶片和相控陣超聲組合探頭，以克服超聲相控陣檢測近表面分辨力差的缺點，使其在具備超聲相控陣檢測高效、靈活等優(yōu)點的同時，可以達到較高的近表面分辨力。
本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種單晶片和相控陣超聲組合探頭，其特征在于：包括中心單晶片探頭1和環(huán)形相控陣探頭2，環(huán)形相控陣探頭2環(huán)繞在中心單晶片探頭1的外面，在環(huán)形相控陣探頭2的探測面內(nèi)有同心排列的環(huán)形陣元3，環(huán)形陣元3的引線5匯集成相控陣線纜6從環(huán)形相控陣探頭2的殼體側(cè)面引出，在環(huán)形相控陣探頭2的殼體中心有一個臺階孔，該臺階孔的下段孔是容納中心單晶片探頭1的光孔，該臺階孔的上段孔是孔徑小于下段孔的螺紋孔，在與環(huán)形相控陣探頭2的探測面相對的連接面中心有帶有外螺紋的uhf接頭4，在uhf接頭4的內(nèi)部有同軸線插座，該同軸線插座與上述螺紋孔同軸；中心單晶片探頭1具有圓柱體外形，在中心單晶片探頭1的上表面上固定著一個同軸線插頭7，在同軸線插頭的外圓柱面上有外螺紋，該外螺紋擰進上述螺紋孔內(nèi)，同軸線插頭7的電連接觸點與uhf接頭4的內(nèi)部的同軸線插座的電連接觸點連接。
本發(fā)明的優(yōu)點是：提出了一種單晶片和相控陣超聲組合探頭，克服了超聲相控陣檢測近表面分辨力差的缺點，使其在具備超聲相控陣檢測高效、靈活等優(yōu)點的同時，達到了較高的近表面分辨力。具體說，本發(fā)明中心的單晶片點聚焦探頭，可以檢測近表面的缺陷，外層的環(huán)形相控陣探頭可以聚焦于材料中不同深度，檢測內(nèi)部缺陷；克服了超聲相控陣檢測近表面分辨力差的缺點，使其在具備超聲相控陣檢測高效、靈活等優(yōu)點的同時，可以達到較高的近表面分辨力。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實施方式
下面對本發(fā)明做進一步詳細說明。參見圖1，一種單晶片和相控陣超聲組合探頭，其特征在于：包括中心單晶片探頭1和環(huán)形相控陣探頭2，環(huán)形相控陣探頭2環(huán)繞在中心單晶片探頭1的外面，在環(huán)形相控陣探頭2的探測面內(nèi)有同心排列的環(huán)形陣元3，環(huán)形陣元3的引線5匯集成相控陣線纜6從環(huán)形相控陣探頭2的殼體側(cè)面引出，在環(huán)形相控陣探頭2的殼體中心有一個臺階孔，該臺階孔的下段孔是容納中心單晶片探頭1的光孔，該臺階孔的上段孔是孔徑小于下段孔的螺紋孔，在與環(huán)形相控陣探頭2的探測面相對的連接面中心有帶有外螺紋的uhf接頭4，在uhf接頭4的內(nèi)部有同軸線插座，該同軸線插座與上述螺紋孔同軸；中心單晶片探頭1具有圓柱體外形，在中心單晶片探頭1的上表面上固定著一個同軸線插頭7，在同軸線插頭的外圓柱面上有外螺紋，該外螺紋擰進上述螺紋孔內(nèi)，同軸線插頭7的電連接觸點與uhf接頭4的內(nèi)部的同軸線插座的電連接觸點連接。
由于檢測時通常選擇的水程距離為60mm～76mm，而當(dāng)聚焦探頭的焦距與水程距離相同或相近時近表面分辨力最好。所說的中心單晶片探頭1為單晶片水浸點聚焦超聲探頭，中心頻率10mhz，水中焦距為60mm～76mm。
所說的環(huán)形相控陣探頭2的外徑為30mm～50mm，中心頻率10mhz，環(huán)形相控陣探頭2中環(huán)形陣元3的數(shù)量為14個～32個。
本發(fā)明的使用方法是：檢測時將待檢零件和單晶片和相控陣超聲組合探頭同時浸沒于水槽內(nèi)，單晶片和相控陣超聲組合探頭位于待檢零件正上方，單晶片和相控陣超聲組合探頭的中心軸線垂直于待檢零件上表面，與待檢零件表面距離60mm～76mm；將uhf接頭4和相控陣線纜6連接至超聲檢測儀的脈沖發(fā)射接收端口，中心單晶片探頭1發(fā)射的超聲波經(jīng)水耦合進入待檢零件并聚焦于表面，若待檢零件的近表面存在缺陷則會反映在超聲檢測儀的顯示屏上；環(huán)形相控陣探頭2發(fā)射的超聲波經(jīng)水耦合進入待檢零件并聚焦于待檢零件內(nèi)不同深度，若待檢零件的內(nèi)部存在缺陷則會反映在超聲檢測儀的顯示屏上。
實施例
某發(fā)動機高壓渦輪擋板的檢測，采用的中心單晶片探頭為水浸點聚焦超聲探頭，中心頻率10mhz，水中焦距為76mm，采用的環(huán)形相控陣探頭的外徑為32mm，中心頻率10mhz，環(huán)形相控陣探頭中環(huán)形陣元的數(shù)量為14個。
檢測時將待檢的發(fā)動機高壓渦輪擋板和單晶片和相控陣超聲組合探頭同時浸沒于水槽內(nèi)，單晶片和相控陣超聲組合探頭位于待檢零件正上方，單晶片和相控陣超聲組合探頭的中心軸線垂直于待檢零件上表面，與待檢零件表面距離60mm；將uhf接頭和相控陣線纜連接至超聲檢測儀的脈沖發(fā)射接收端口，中心單晶片探頭發(fā)射的超聲波經(jīng)水耦合進入待檢零件并聚焦于表面，若待檢零件的近表面存在缺陷則會反映在超聲檢測儀的顯示屏上；環(huán)形相控陣探頭發(fā)射的超聲波經(jīng)水耦合進入待檢零件并聚焦于待檢零件內(nèi)不同深度，若待檢零件的內(nèi)部存在缺陷則會反映在超聲檢測儀的顯示屏上。
本實施例可以有效發(fā)現(xiàn)零件表面1mm以內(nèi)的缺陷，與單獨采用相控陣技術(shù)相比，近表面分辨力得到極大提高。