CN105445380A - 一种适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头及其工作方法 - Google Patents

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周克印
王昌盛
缪洪生
朱普生
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Abstract

本发明公开一种适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头，包括壳体、发生块、发射晶片、接收晶片、接收块、隔声层、吸声材料、引入导线和引出导线，发生块与接收块非对称设置，发生块与接收块的上表面呈一定角度的倾斜状，且发生块与接收块的上表面倾斜的角度不相等，发射晶片呈整体状的一片且其位于发生块上，接收块包括有第一接收块、第二接收块、第三接收块，接收晶片包括有第一接收晶片、第二接收晶片、第三接收晶片，引入导线与发射晶片相连接以引入激励信号，引出导线包括有分别与第一接收晶片、第二接收晶片、第三接收晶片相连接的三根以引出三个独立的电信号，在发生块与接收块之间、相邻的两个接收块之间均用隔声层分开。

Description

一种适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头及其工作方法
技术领域：
本发明涉及材料结构内部缺陷或损伤的超声波检测技术，具体涉及一种适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头及其工作方法，可以更好地适应左右不对称的结构，在保持较高缺陷损伤定位精度的同时扩大单次检测检测(重复)区域，提高检测效率，属于材料结构缺陷损伤检测技术领域。
背景技术：
随着结构设计制造技术的发展，大型复杂结构因其所特有的性能而在风力发电、航空航天、交通运输、建筑工程等领域得到了广泛的应用。大型结构体量较大，可能出现缺陷或形成损伤的区域较多，这些可能出现缺陷或形成损伤的区域都得到充分的检测是结构安全服役的前提。由于结构功能的需要，很多结构表面是非对称曲面，如飞机机翼表面和风力发电机叶片表面等的非对称特征非常明显。
超声波检测是保障结构安全可靠服役的重要手段。超声波探头是检测***的关键部件，对检测质量具有决定性的影响。超声波探头种类很多，其中双晶片探头是一种重要的探头，具有盲区小，灵敏度高，分辨力强等特点。现有双晶片探头中分别实现超声波发射和接收功能的晶片及其透声楔块均为对称结构，在被测结构中形成一对称菱形可检区域，在该区域中的缺陷或损伤能够产生较强的超声回波。
双晶片探头检测效果较好，也在无损检测实践中得到了较广的应用。但现有双晶片探头对称的结构形式对其应用有不利影响。对称式双晶片探头对于平整表面具有较好的适应性，也可应用于横向对称的曲面结构，但在应用于横向非对称的曲面结构时探头与结构表面不能良好啮合，影响超声波传播；缺陷或损伤的纵向分辨力和检测效率是一对矛盾，考虑到缺陷或损伤的纵向分辨力的要求限制了晶片的长度，导致单次检测区域较小，影响了检测效率。
发明内容：
本发明提供一种适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头及其工作方法，可以适用于具有非对称弯曲表面的复杂结构(如机翼、叶片等)，单次检测覆盖区域较大，检测效率较高，能够较好地满足大型复杂结构缺陷和损伤检测的需要。
本发明采用如下技术方案：一种适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头，包括壳体以及位于壳体中的发生块、发射晶片、接收晶片、接收块、隔声层、吸声材料、引入导线和引出导线，所述发生块与接收块非对称设置，发生块与接收块的上表面呈一定角度的倾斜状，且发生块与接收块的上表面倾斜的角度不相等，所述发射晶片呈整体状的一片且其位于发生块上，所述接收块包括有第一接收块、第二接收块、第三接收块，所述接收晶片包括有依次分别位于第一接收块、第二接收块、第三接收块上的第一接收晶片、第二接收晶片、第三接收晶片，所述引入导线与发射晶片相连接以引入激励信号，所述引出导线共包括有分别与第一接收晶片、第二接收晶片、第三接收晶片相连接的三根以引出三个独立的电信号，在发生块与接收块之间、相邻的两个接收块之间均用隔声层分开。
进一步地，在所述发生块和接收块的上方均填充有吸声材料。
进一步地，所述发射晶片的宽度大于第一接收晶片、第二接收晶片、第三接收晶片的宽度。
本发明还采用如下技术方案：一种用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头的工作方法，其包括如下步骤：
步骤(1)，根据被检测物体的外形横向特征和待检区域确定发射晶片和接收晶片所对应的发生块5和接收块7的上表面的倾斜角度；
步骤(2)，根据被检测物体的外形纵向特征和待检区域确定各接收晶片的长度；
步骤(3)，根据步骤(1)和步骤(2)选择合适的探头；
步骤(4)，对被检测区域表面进行清理；
步骤(5)，连接探头和探伤仪；
步骤(6)，根据检测工艺要求进行检测。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明可以较好地适应结构的弯曲表面，在结构中形成有利于产生缺陷损伤回波的超声场，提高缺陷或损伤检测的灵敏度，提高缺陷或损伤检测的横向和纵向定位精度，具有较高的检测效率；
(2)与对称式双晶片超声波探头相比，本发明中发射和接收超声波的透声楔块不对称，能够更好地适应复杂曲面结构，在结构中形成较宽的检测区域，降低检测灵敏度的空间变化率，提高非核心区缺陷或损伤检测的灵敏度；
(3)与对称式双晶片超声波探头相比，本发明中发射和接收超声波的晶片宽度不对称，较宽的发射晶片有利于在被测结构中形成较均匀的超声场，有利于缺陷或损伤形成回波；较窄的接收晶片有助于提高缺陷或损伤的横向定位精度；
(4)与对称式双晶片超声波探头相比，本发明中发射和接收超声波的晶片结构形式不对称，其中发射晶片采用一块较长的晶片，由一根导线引入激励信号，接收晶片由一组较短晶片组成，该组晶片的总长度与发射晶片相当，每块晶片所产生的电信号由独立导线传送，这种晶片结构可以在保证缺陷或损伤的纵向定位精度的条件下提高检测效率，更好地满足大型结构的检测要求。
附图说明：
图1为本发明适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头的示意图。
图2为发射和接收单元的示意图。
其中：
1-壳体；2-吸声材料；3-发射晶片；4-隔声层；5-发生块；6-接收晶片；6-1-第一接收晶片；6-2-第二接收晶片；6-3-第三接收晶片；7-接收块；7-1-第一接收块；7-2-第二接收块；7-3-第三接收块；8-引入导线；9-引出导线；A-探伤区。
具体实施方式：
请参照图1和图2所示，本发明适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头包括壳体1以及位于壳体1中的发生块5、发射晶片3、接收晶片6、接收块7、隔声层4、吸声材料2、引入导线8和引出导线9。发生块5与接收块7非对称设置，发生块5与接收块7的上表面呈一定角度的倾斜状，且发生块5与接收块7的上表面倾斜的角度不相等。发射晶片3呈整体状的一片且其位于发生块5上。接收块7包括有第一接收块7-1、第二接收块7-2、第三接收块7-3，接收晶片包括有依次分别位于第一接收块7-1、第二接收块7-2、第三接收块7-3上的第一接收晶片6-1、第二接收晶片6-2、第三接收晶片6-3。引入导线8与发射晶片3相连接进而引入激励信号，引出导线9共包括有分别与第一接收晶片6-1、第二接收晶片6-2、第三接收晶片6-3相连接的三根进而引出三个独立的电信号。在发生块5与接收块7之间、相邻的两个接收块7之间均用隔声层4分开，在发生块5和接收块7的上方均填充有吸声材料2。
本发明适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头的工作方法，包括如下步骤：
步骤(1)，根据被检测物体的外形横向特征和待检区域确定发射晶片和接收晶片所对应的发生块5和接收块7的上表面的倾斜角度；
步骤(2)，根据被检测物体的外形纵向特征和待检区域确定各接收晶片的长度；
步骤(3)，根据步骤(1)和步骤(2)选择合适的探头；
步骤(4)，对被检测区域表面进行清理；
步骤(5)，连接探头和探伤仪；
步骤(6)，根据检测工艺要求进行检测。
本发明适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头能够较好地适应结构表面形状的变化，在结构中形成较强的可检测声场，对于缺陷损伤的定位精度较高，单次检测所覆盖的区域较大，检测效率较高，很好地满足了大型复杂结构检测的要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头，其特征在于：包括壳体(1)以及位于壳体(1)中的发生块(5)、发射晶片(3)、接收晶片(6)、接收块(7)、隔声层(4)、吸声材料(2)、引入导线(8)和引出导线(9)，所述发生块(5)与接收块(7)非对称设置，发生块(5)与接收块(7)的上表面呈一定角度的倾斜状，且发生块(5)与接收块(7)的上表面倾斜的角度不相等，所述发射晶片(3)呈整体状的一片且其位于发生块(5)上，所述接收块(7)包括有第一接收块(7-1)、第二接收块(7-2)、第三接收块(7-3)，所述接收晶片包括有依次分别位于第一接收块(7-1)、第二接收块(7-2)、第三接收块(7-3)上的第一接收晶片(6-1)、第二接收晶片(6-2)、第三接收晶片(6-3)，所述引入导线(8)与发射晶片(3)相连接以引入激励信号，所述引出导线(9)共包括有分别与第一接收晶片(6-1)、第二接收晶片(6-2)、第三接收晶片(6-3)相连接的三根以引出三个独立的电信号，在发生块(5)与接收块(7)之间、相邻的两个接收块(7)之间均用隔声层(4)分开。
2.如权利要求1所述的适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头，其特征在于：在所述发生块(5)和接收块(7)的上方均填充有吸声材料(2)。
3.如权利要求1所述的适用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头，其特征在于：所述发射晶片(3)的宽度大于第一接收晶片(6-1)、第二接收晶片(6-2)、第三接收晶片(6-3)的宽度。
4.一种用于大型复杂结构损伤检测的非对称双晶片组超声波探头的工作方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤(1)，根据被检测物体的外形横向特征和待检区域确定发射晶片和接收晶片所对应的发生块(5)和接收块(7)的上表面的倾斜角度；
步骤(2)，根据被检测物体的外形纵向特征和待检区域确定各接收晶片的长度；
步骤(3)，根据步骤(1)和步骤(2)选择合适的探头；
步骤(4)，对被检测区域表面进行清理；
步骤(5)，连接探头和探伤仪；
步骤(6)，根据检测工艺要求进行检测。
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