本發(fā)明屬于超聲檢測領(lǐng)域，特別是涉及一種在服役過程中可以與任意形狀被測物體(含可展曲面和不可展曲面)動(dòng)態(tài)貼合的超聲換能器陣列。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)物體界面及內(nèi)部缺陷的檢測方法主要有：超聲檢測法、渦流探傷法、放射線探傷法、磁粉探傷法等。其中，超聲檢測法是國內(nèi)外應(yīng)用最廣泛、使用頻率最高，且發(fā)展較快的一種無損檢測技術(shù)。

目前使用的超聲換能器對(duì)于復(fù)雜曲面的檢測需要借助于專門定制的換能器及楔塊耦合，并且是通過機(jī)械掃描來實(shí)現(xiàn)大區(qū)域的檢測。這樣的檢測裝置和人力及時(shí)間成本昂貴，效率極低?，F(xiàn)有技術(shù)中雖有利用楔塊底面按照管道直徑設(shè)計(jì)為凹面，從而實(shí)現(xiàn)楔塊與管道的耦合的檢測裝置，但該設(shè)計(jì)只能局限于特定直徑的管道，對(duì)于天然氣儲(chǔ)罐等大型球狀結(jié)構(gòu)和其他一些不規(guī)則結(jié)構(gòu)完全不能適用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決現(xiàn)有硬性換能器無法檢測復(fù)雜曲面的問題，本發(fā)明提供一種在服役過程中可以與任意形狀被測物體動(dòng)態(tài)貼合的可拉伸超聲換能器陣列。

特別地，本發(fā)明提供一種可貼合任意曲面的可拉伸超聲換能器陣列，包括：

檢測陣列，設(shè)置有多個(gè)按預(yù)定陣列形狀排布的換能器，所述換能器之間通過上下兩層可拉伸的導(dǎo)線連接，形成掃描電路；

信號(hào)接口，用于連接所述檢測陣列并提供信號(hào)輸出接口；

包覆層，由彈性材質(zhì)覆蓋所述檢測陣列形成。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述換能器為鋯鈦酸鉛壓電陶瓷(pzt)、鈮酸鈉鉀基陶瓷、bnt基壓電陶瓷、batio3基壓電陶瓷、鉍層狀結(jié)構(gòu)壓電陶瓷中的一種。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在所述換能器之間填充有防止相互之間信號(hào)串?dāng)_的聚合物。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在所述檢測陣列的下表面設(shè)置有環(huán)氧樹脂構(gòu)成的背襯層，上表面設(shè)置有實(shí)現(xiàn)換能器與傳聲媒質(zhì)之間聲特性阻抗匹配的匹配層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述換能器之間的所述上下兩層導(dǎo)線，分別作正極層和負(fù)極層，都為單向的島橋結(jié)構(gòu)，橋?yàn)樯咝巍?/p>

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述換能器之間的所述上下兩層導(dǎo)線由柔性覆銅板經(jīng)過激光切割得到。

本發(fā)明相比于現(xiàn)有的傳統(tǒng)硬質(zhì)探頭，其與被測物體的耦合方式有著本質(zhì)進(jìn)步，這大大地提高了檢測效果和效率。同時(shí)，可拉伸特性使其能夠與任意形狀被測物體(含可展曲面和不可展曲面)動(dòng)態(tài)貼合，拓寬了檢測對(duì)象的范圍，因而可應(yīng)用于復(fù)雜層狀結(jié)構(gòu)的脫粘檢測以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力檢測。另外，利用陣列結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)大面積高效率實(shí)時(shí)檢測，徹底擺脫超聲檢測對(duì)機(jī)械行走/掃描及其自動(dòng)化裝置的依賴。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的可拉伸超聲換能器陣列的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式中換能器的排列結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的導(dǎo)線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的負(fù)極層導(dǎo)線排布示意圖；

圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的正極層導(dǎo)線排布示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、2、3、4、5所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的可拉伸超聲換能器陣列100一般性地包括檢測陣列20，信號(hào)接口和包覆層10。

該檢測陣列20包括多個(gè)按預(yù)定陣列形狀排布的換能器13，各換能器之間通過導(dǎo)線15連接。本實(shí)施方式中的換能器13是一種能量轉(zhuǎn)換器件，采用壓電晶體制作的超聲檢測設(shè)備，換能器13的形狀可以為薄板形,圓片形,圓環(huán)形,圓管形,圓棒形,薄殼球形,壓電薄膜等。

陣列的形狀可以根據(jù)實(shí)際測試的設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，這里的設(shè)置包括通用設(shè)備的測試形狀，即可以應(yīng)用于大部分設(shè)備檢測的陣列排布方式；還包括針對(duì)專門設(shè)備進(jìn)行測試的形狀，即針對(duì)特定設(shè)備的形狀設(shè)置的特定排布方式的陳列形狀，以獲取更精確的測量數(shù)值。

該信號(hào)接口用于連接檢測陣列以提供激勵(lì)信號(hào)或收集各換能器的檢測信號(hào)，同時(shí)提供將檢測信號(hào)輸出給外部設(shè)備的信號(hào)輸出接口。

該包覆層10用于將檢測陣列20覆蓋，包覆層10可以采用具備彈性的材質(zhì)制作，如，本實(shí)施方式采用彈性硅膠薄膜作為包覆層10。

本實(shí)施方式采用一體化結(jié)構(gòu)，其形狀可以是一塊根據(jù)測試要求制作的板狀結(jié)構(gòu)，整體形狀可為圓形或矩形等，通過可任意變形的包覆層10使得檢測陣列可以與被測設(shè)備表面形狀完全貼合，包覆層10內(nèi)檢測陣列20中的各換能器13即可以最接近的方式檢測被測部件，然后通過信號(hào)接口將檢測信號(hào)傳遞給連接的處理設(shè)備。

可拉伸超聲換能器陣列100可以在測試過程中通過任意變形的方式提高與被測設(shè)備的接觸效果，變形時(shí)，整個(gè)包覆層10可根據(jù)被測物體表面形狀進(jìn)行變形，內(nèi)部的換能器13發(fā)生位置變化，連接換能器13的導(dǎo)線15采用可拉伸的布置方式，使得換能器13與換能器13之間距離在變長的同時(shí)，能夠同步伸展，保證信號(hào)的正常傳送。具體導(dǎo)線15的結(jié)構(gòu)可以采用單向的島橋結(jié)構(gòu)，橋?yàn)樯咝?圖3所示)，使得導(dǎo)線15在相鄰換能器13之間正常情況下的長度大于相鄰換能器13之間的距離。當(dāng)換能器陣列的變形在一定范圍內(nèi)時(shí)，蛇形導(dǎo)線的彎曲部分展開，主要通過導(dǎo)線的剛體位移來協(xié)調(diào)換能器陣列的變形，而直導(dǎo)線主要是通過導(dǎo)線的拉伸或壓縮來協(xié)調(diào)變形，由于局部較大變形會(huì)導(dǎo)致局部導(dǎo)線的變形也較大，直導(dǎo)線的拉伸或者壓縮程度更大，從而電阻變化較大甚至導(dǎo)線被拉斷，繼而影響電壓信號(hào)。因此，本實(shí)施方式采用蛇形導(dǎo)線相比于直導(dǎo)線具有良好的可拉伸性，為換能器陣列動(dòng)態(tài)貼合復(fù)雜曲面提供了條件。

本實(shí)施方式采用柔性基板取代了傳統(tǒng)的剛性基板，可以向任意方向彎曲，并開創(chuàng)性地將其應(yīng)用于復(fù)雜曲面的實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的界面粘接情況的檢測以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力檢測，在測量過程中可以反復(fù)彎曲變形，大大提高測量效果。此外，在不使用時(shí)還可以卷曲和折疊，方便攜帶。

相比于現(xiàn)有的傳統(tǒng)硬質(zhì)探頭，本實(shí)施方式與被測物體的耦合方式有本質(zhì)進(jìn)步，這大大地提高了檢測效果和效率。同時(shí)，可拉伸特性使其能夠與任意形狀被測物體(含可展曲面和不可展曲面)動(dòng)態(tài)貼合，拓寬了檢測對(duì)象的范圍，因而可應(yīng)用于復(fù)雜層狀結(jié)構(gòu)的脫粘檢測以及復(fù)雜結(jié)構(gòu)的應(yīng)力檢測。另外，利用陣列結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)大面積高效率實(shí)時(shí)檢測，徹底擺脫超聲檢測對(duì)機(jī)械行走/掃描及其自動(dòng)化裝置的依賴。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，具體的換能器13為pzt層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，可以在各pzt塊之間填充聚合物14，以實(shí)現(xiàn)相鄰換能器之間的隔離，減小相鄰pzt塊之間的相互串?dāng)_。具體的聚合物可以是具備延展性能的硅膠。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，在檢測陣列的下表面設(shè)置有環(huán)氧樹脂構(gòu)成的背襯層12，上表面設(shè)置有實(shí)現(xiàn)換能器與傳聲媒質(zhì)之間聲特性阻抗匹配的匹配層11。匹配層11是為實(shí)現(xiàn)換能器晶片與傳聲媒質(zhì)之間聲特性阻抗的匹配，使聲能良好地透過而在探頭晶片輻射面敷設(shè)的聲學(xué)材料層。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，包覆層10在覆蓋時(shí)將上述部件全部容納在內(nèi)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，給出一個(gè)制作可拉伸超聲換能器陣列100的方法，步驟如下：

1).在pi薄膜上電鍍一層銅箔；

2).在銅箔上面焊接已極化鍍銀的pzt塊；

3).在pi薄膜另一面旋涂一層環(huán)氧樹脂阻尼背襯層；

4).在pzt陣列另一面焊接柔性覆銅板；

5).在覆銅板上旋涂一層環(huán)氧樹脂匹配層；

6).用激光分別切割上下的兩個(gè)銅箔-pi-環(huán)氧樹脂的復(fù)合層，形成單向的島橋結(jié)構(gòu)，即得到換能器陣列；

7).用彈性硅膠薄膜封裝整個(gè)陣列。

至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個(gè)示例性實(shí)施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導(dǎo)出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應(yīng)被理解和認(rèn)定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。