CN111912902B - 超声波探头及裂纹检测装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及机车技术领域，提供了一种超声波探头及一种裂纹检测装置。该超声波探头包括隔音板、两个延迟块、发射晶片以及接收晶片。两个延迟块对称设置于所述隔音板的两侧，两个所述延迟块均具有相反的第一表面和第二表面，各所述第二表面与所述隔音板的夹角为钝角，各所述第一表面均向靠近所述第二表面的方向凹陷，以形成弧形面，且所述弧形面的轴线垂直于所述隔音板。该发射晶片设于一个所述延迟块的第二表面。该接收晶片设于另一个所述延迟块的第二表面。本公开不仅能够对处于服役状态的轴箱弹簧进行疲劳裂纹检测，还能够适应轴箱弹簧不同曲率部位的检测。

Description

超声波探头及裂纹检测装置

技术领域

本公开涉及机车技术领域，尤其涉及一种超声波探头及一种裂纹检测装置。

背景技术

作为机车的部件，轴箱弹簧的性能对机车具有重要的影响。在实际使用过程中，轴箱弹簧会在循环交变载荷的作用下产生疲劳裂纹，进而容易导致其发生断裂。

为了保证行车安全，需要及早检测出轴箱弹簧的疲劳裂纹。然而，现有技术中缺乏对处于服役状态的轴箱弹簧进行疲劳裂纹检测的装置。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本公开的目的在于提供一种超声波探头及一种裂纹检测装置，不仅能够对处于服役状态的轴箱弹簧进行疲劳裂纹检测，还能够适应轴箱弹簧不同曲率部位的检测。

根据本公开的一个方面，提供一种超声波探头，包括：

隔音板；

两个延迟块，对称设置于所述隔音板的两侧，两个所述延迟块均具有相反的第一表面和第二表面，各所述第二表面与所述隔音板的夹角为钝角，各所述第一表面均向靠近所述第二表面的方向凹陷，以形成弧形面，且所述弧形面的轴线垂直于所述隔音板；

发射晶片，设于一个所述延迟块的第二表面；

接收晶片，设于另一个所述延迟块的第二表面。

在本公开的一种示例性实施例中，所述弧形面具有两个直边，两个所述直边均与所述隔音板垂直，所述第二表面与所述隔音板具有交线，且所述交线与预设平面不平行，两个所述直边均位于所述预设平面内。

在本公开的一种示例性实施例中，各所述第二表面与所述隔音板的夹角为96°。

在本公开的一种示例性实施例中，所述发射晶片和所述接收晶片背向所述第二表面的一侧均覆盖有背衬块。

在本公开的一种示例性实施例中，各所述第二表面均覆盖有匹配层，所述发射晶片和所述接收晶片均覆盖于所述匹配层。

在本公开的一种示例性实施例中，所述匹配层的厚度为超声波波长的1/4。

在本公开的一种示例性实施例中，所述延迟块的材料为聚酰亚胺。

在本公开的一种示例性实施例中，所述发射晶片和所述接收晶片均为矩形晶片，且所述矩形晶片的长为6mm，宽为4mm。

在本公开的一种示例性实施例中，所述弧形面的半径为30mm。

根据本公开的一个方面，提供一种裂纹检测装置，包括上述任意一项所述的超声波探头。

本公开相比现有技术的有益效果在于：本公开的超声波探头及裂纹检测装置，发射晶片设于一个延迟块的第二表面，接收晶片设于另一个延迟块的第二表面，通过发射晶片向轴向弹簧发射超声波，并通过接收晶片接收反馈的超声波，进而可以对处于服役状态的轴箱弹簧进行疲劳裂纹检测，并且由于各延迟块的第一表面均形成有朝靠近第二表面的方向凹陷的弧形面，可以使超声波能量更加集中，从而使该超声波探头和裂纹检测装置能够适应轴箱弹簧不同曲率部位的检测。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。

附图说明

通过参照附图来详细描述其示例性实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施方式的超声波探头的示意图；

图2为本公开实施方式的延迟块的第一表面的示意图。

图中：1、隔音板；2、延迟块；3、第一表面；4、第二表面；5、发射晶片；6、接收晶片；7、背衬块；8、匹配层；9、交线；10、直边；11、弧形边。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施例使得本公开将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免模糊本公开的各方面。

用语“一”和“该”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用于“第一”、“第二”并不表示任何数量或者重要性，只是用来区分不同的部分。

本公开实施方式提供一种超声波探头。如图1所示，该超声波探头可以包括隔音板1、两个延迟块2、发射晶片5以及接收晶片6，其中：

两个延迟块2对称设置于隔音板1的两侧，且两个延迟块2均具有相反的第一表面3和第二表面4。每个延迟块2的第二表面4均与隔音板1的夹角为钝角。每个延迟块2的第一表面3均向靠近第二表面4的方向凹陷，以形成弧形面，且该弧形面的轴线垂直于隔音板1。该发射晶片5设于一个延迟块2的第二表面4。该接收晶片6设于另一个延迟块2的第二表面4。

本公开实施方式的超声波探头，发射晶片5设于一个延迟块2的第二表面4，接收晶片6设于另一个延迟块2的第二表面4，通过发射晶片5向轴向弹簧发射超声波，并通过接收晶片6接收反馈的超声波，进而可以对处于服役状态的轴箱弹簧进行疲劳裂纹检测，并且由于各延迟块2的第一表面3均形成有朝靠近第二表面4的方向凹陷的弧形面，可以使超声波能量更加集中，从而使该超声波探头和裂纹检测装置能够适应轴箱弹簧不同曲率部位的检测。

下面对本公开实施方式的超声波探头的各部件进行详细说明：

如图1所示，该隔音板1用于防止发射晶片5和接收晶片6发生串音，例如，可以防止发射晶片5发射的超声波被接收晶片6接收。该隔音板1的材料可以为软木，但本公开实施方式不以此为限。此外，本公开实施方式对隔音板1的厚度不做具体限定。

如图1所示，两个延迟块2对称设置于隔音板1的两侧，从而可以使设于两个延迟块2上的发射晶片5和接收晶片6放置于隔音板1的两侧。其中，两个延迟块2均与隔音板1接触。在一实施方式中，两个延迟块2均与隔音板1可拆卸连接，从而可以方便地对超声波探头进行维修。在本公开其它实施方式中，两个延迟块2均与隔音板1固定连接，例如粘结等。该两个延迟块2的材料均为聚酰亚胺，其灵敏度高，脉冲窄，带宽大，波束更稳定，可以提高超声波探头的性能。在本公开其它实施方式中，该延迟块2还可以为其它材料，在此不再一一陈述。

如图1和图2所示，每个延迟块2均具有相反的第一表面3和第二表面4。该第一表面3和第二表面4可以沿着平行于隔音板1的方向分布。该第一表面3朝靠近第二表面4的方向凹陷，以形成弧形面。该弧形面的轴线垂直于隔音板1。其中，该弧形面相当于圆筒结构的内表面的一部分。该弧形面包括两个直边，两个直边均与隔音板1垂直，还包括连接于两个直边10之间的两个弧形边11。将延迟块2的第一表面3设置成弧形面，可以使入射到轴向弹簧表面的超声波能量更加集中，以使超声波探头可以适应于轴箱弹簧不同曲率部位的检测。该弧形面的半径可以为30mm，但本公开实施方式不以此为限。该弧形面的弧度可以为π/4，但本公开实施方式对此不做特殊限定。本公开实施方式对弧形面在垂直于隔音板1的方向上的尺寸不做特殊限定。

如图1和图2所示，每个延迟块2的第二表面4与隔音板1的夹角为钝角。该钝角可以为96°，当然，该钝角还可以为其它值，在此不再一一列举。每个延迟块2的第二表面4与隔音板1具有交线9。该第二表面4与隔音板1的交线9与预设平面不平行，也不与预设平面垂直。弧形面的两个直边10均位于预设平面内。

如图1所示，发射晶片5用于发射超声波。接收晶片6用于接收超声波。该发射晶片5设于一个延迟块2的第二表面4，该接收晶片6设于另一个延迟块2的第二表面4。其中，该发射晶片5发射的超声波能够从延迟块2的第二表面4进入延迟块2，并从延迟块2的第一表面3射出。接收晶片6所接收到的超声波是从延迟块2的第一表面3进入，并经过延迟块2的第二表面4进入接收晶片6。由于两个延迟块2对称设置，且每个延迟块2的第二表面4均与隔音板1的夹角为钝角，以使发射晶片5和接收晶片6与隔音板1的夹角均为钝角，从而使具有该超声波探头具有聚焦作用，并且由于该钝角为96°，从而可以使超声波探头的焦距控制在15-20mm之间，有利于对轴箱弹簧表面的疲劳裂纹进行检测。进一步地，由于每个延迟块2的第二表面4与隔音板1的交线9与预设平面不平行，从而使声波能够更好的聚焦，且能够降低声波在延迟块2中的损失，提高检测的灵敏度。此外，设于延迟块2第二表面4的发射晶片5和接收晶片6具有较高的信噪比，受工件表面油漆、不平整、凹陷等的干扰较少。

如图1所示，该发射晶片5可以为矩形晶片，但本公开实施方式不以此为限。以发射晶片5为矩形晶片为例，该发射晶片5的长为6mm，宽为4mm。该接收晶片6也可以为矩形晶片，当然，其也可以为其它形状的晶片。以接收晶片6为矩形晶片为例，该接收晶片6的长为6mm，宽为4mm。

如图1所示，本公开实施方式的超声波探头还可以包括匹配层8。其中，每个延迟块2的第二表面4上均覆盖有匹配层8。发射晶片5和接收晶片6覆盖于匹配层8。该匹配层8能够降低发射晶片5和接收晶片6的振铃现象，提高探头带宽。该匹配层8的厚度可以为超声波波长的1/4，可以显著提高声能转换率，使波束更加稳定，同时显示提高信噪比，克服油漆层对超声波耦合的影响，顺利地将超声波传递到被检轴箱弹簧内。在本公开其它实施方式中，该匹配层8的厚度还可以为其它值，在此不再一一列举。

如图1所示，本公开实施方式的超声波探头还可以包括背衬块7。该背衬块7覆盖于发射晶片5和接收晶片6背向延迟块2的第二表面4的一侧。该背衬块7可以抑制发射晶片5和接收晶片6的振动，以减小脉冲宽度，提高分辨率，同时也可以对发射晶片5和接收晶片6起到支撑作用。该背衬块7的材料可以由环氧树脂、钨粉等配置而成。

如图1所示，本公开实施方式的超声波探头还可以包括壳体。上述的隔音板1、两个延迟块2、发射晶片5以及接收晶片6均容置于该壳体内。

本公开实施方式还提供一种裂纹检测装置。该裂纹检测装置包括上述任一实施方式所述的超声波探头。本公开实施方式的裂纹检测装置采用的超声波探头与上述实施方式中的超声波探头相同，因此，具有相同的有益效果，在此不再赘述。

本领域技术人员在考虑说明书及实践后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (7)

1.一种超声波探头，其特征在于，包括：

隔音板；

两个延迟块，所述延迟块的材料为聚酰亚胺，两个所述延迟块对称设置于所述隔音板的两侧，两个所述延迟块均具有相反的第一表面和第二表面，且每个所述延迟块的所述第一表面和所述第二表面均沿着平行于所述隔音板的方向分布，各所述第二表面均与所述隔音板的夹角为钝角，各所述第二表面与所述隔音板的夹角为96°，各所述第一表面均向靠近所述第二表面的方向凹陷，以形成弧形面，且所述弧形面的轴线垂直于所述隔音板，所述弧形面具有两个直边，两个所述直边均与所述隔音板垂直，所述第二表面与所述隔音板具有交线，且所述交线与预设平面不平行，两个所述直边均位于所述预设平面内；

发射晶片，设于一个所述延迟块的所述第二表面；

接收晶片，设于另一个所述延迟块的所述第二表面。

2.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，所述发射晶片和所述接收晶片背向所述第二表面的一侧均覆盖有背衬块。

3.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，各所述第二表面均覆盖有匹配层，所述发射晶片和所述接收晶片均覆盖于所述匹配层。

4.根据权利要求3所述的超声波探头，其特征在于，所述匹配层的厚度为超声波波长的1/4。

5.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，所述发射晶片和所述接收晶片均为矩形晶片，且所述矩形晶片的长为6mm，宽为4mm。

6.根据权利要求1所述的超声波探头，其特征在于，所述弧形面的半径为30mm。

7.一种裂纹检测装置，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的超声波探头。