CN112285200B - 一种阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头 - Google Patents

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Abstract

本发明属于无损检测领域，公开了一种阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，包括外壳；外壳的一侧内壁上设置由两排相互错开的涡流线圈组成的涡流线圈阵列；各涡流线圈上均设置第一导线，第一导线一端与涡流线圈连接，另一端与外壳外壁上设置的多路复用器连接；涡流线圈阵列的一侧设置若干第一压电晶片，若干第一压电晶片线阵列纵向排布或线阵列横向排布；各第一压电晶片上均设置第二导线，第二导线一端与第一压电晶片的正极连接，另一端与外壳外壁上设置的第一接口连接。通过将阵列涡流探头与相控阵超声探头集成在同一探头上，只需一次检测就可实现表面、近表面缺陷和内部缺陷的检测，实现了较高的表面、近表面分辨力。

Description

一种阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头
技术领域
本发明属于无损检测领域，涉及一种阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头。
背景技术
阵列涡流探头是在传统单线圈涡流探头的基础上，通过将多个线圈集成在一个探头上，实现大面积、高效率扫查的一种探头。常用的阵列涡流探头采用分时多激励发射接收阵列涡流检测技术，在检测过程中顺序激发阵列涡流探头中的每个线圈，同时相邻线圈作为接收线圈接收涡流信号，以此实现对工件表面的大面积快速扫查，具有对提离不敏感、信噪比高、对缺陷方向性不敏感等优点。
相控阵超声检测技术是将若干个独立的压电晶片按照一定的排列方式组合成一个阵列，通过控制压电晶片的激励顺序及延时，来实现声束的偏转和聚焦。相控阵超声探头一般分为一维相控阵探头和二维相控阵探头，一维相控阵超声探头因其制造工艺简单，应用最为广泛；二维相控阵超声探头由于加工工艺限制、电路复杂、制造成本高等，主要应用于医学领域。
虽然阵列涡流探头和相控阵超声探头各有优势，但是各自的技术局限性也很明显。其中，阵列涡流探头主要用于表面及近表面缺陷的检测，对于工件内部的缺陷无法检测；相控阵超声探头主要用于工件内部缺陷的检测，由于界面波和电路设计的影响，近表面分辨力较差。在进行零件检测时，需要分别使用阵列涡流探头和相控阵超声探头进行检测，分开检测的方式不仅导致检测结果会产生较大的误差，而且检测效率也低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，零件进行检测时，检测结果误差大，且检测效率低的缺点，提供一种阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，包括外壳；
外壳的一侧内壁上设置由两排相互错开的涡流线圈组成的涡流线圈阵列；各涡流线圈上均设置第一导线，第一导线一端与涡流线圈连接，另一端与外壳外壁上设置的多路复用器连接；
涡流线圈阵列的一侧设置若干第一压电晶片，若干第一压电晶片线阵列纵向排布或线阵列横向排布；各第一压电晶片上均设置第二导线，第二导线一端与第一压电晶片的正极连接，另一端与外壳外壁上设置的第一接口连接。
本发明进一步的改进在于：
所述涡流线圈阵列的另一侧设置若干第二压电晶片，若干第二压电晶片沿与第一压电晶片垂直的方向线阵列排布；
各第二压电晶片上均设置第三导线，第三导线一端与第二压电晶片的正极连接，另一端与外壳外壁上设置的第二接口连接。
所述第一导线、第二导线及第三导线均为漆包铜线。
所述第二压电晶片的数量为16～32个。
所述第二压电晶片的长度为5～10mm，相邻第二压电晶片的间距为0.2～1.0mm。
所述多路复用器为时分多路复用器。
所述涡流线圈的频率为100～500kHz，直径为1～3mm。
所述第一压电晶片的数量为16～32个。
所述第一压电晶片的长度为5～10mm，相邻第一压电晶片的间距为0.2～1.0mm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，通过将阵列涡流探头与相控阵超声探头集成在同一探头上，只需一次检测就可实现表面、近表面缺陷和内部缺陷的检测，克服了传统单一的阵列涡流探头对于工件内部的缺陷无法检测的缺点以及传统单一的相控阵超声探头近表面分辨力差的缺点，实现了较高的表面、近表面分辨力。
进一步的，第一压电晶片和第二压电晶片分别采用纵向或横向排布的方式，克服了相控阵超声对内部缺陷取向性敏感的缺点，实现了对不同取向内部缺陷的有效检测，采用成本更低的一维线阵探头实现了二维面阵探头的功能。
附图说明
图1为本发明实施例的阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头结构示意图；
图2为本发明实施例的阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头阵列的涡流线圈及相控阵超声探头的压电晶片排布图。
其中：1-阵列涡流探头；2-第一相控阵超声探头；3-第二相控阵超声探头；101-涡流线圈；102-第一导线；103-多路复用器；201-第一压电晶片；202-第二导线；203-第一接口；301-第二压电晶片；302-第三导线；303-第二接口。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1和2，本发明实施例中，提供一种阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，包括外壳，外壳的一侧内壁上设置由两排相互错开的涡流线圈101组成的涡流线圈阵列，以形成阵列涡流探头1；各涡流线圈101上均设置第一导线102，第一导线102一端与涡流线圈101连接，另一端与外壳外壁上设置的多路复用器103连接；涡流线圈阵列的一侧设置若干第一压电晶片201，一般可以设置16～32个，可以按照实际的检测需要进行选择具体的数量，若干第一压电晶片201线阵列纵向排布或线阵列横向排布；各第一压电晶片201上均设置第二导线202，第二导线202一端与第一压电晶片201的正极连接，另一端与外壳外壁上设置的第一接口203连接。其中，第一导线102以及第二导线202均可以采用具有良好绝缘作用的漆包铜线。
使用时，多路复用器103与阵列涡流检测仪或模块连接，通过阵列涡流检测仪或模块能够激发各涡流线圈101；第一接口203与相控阵超声波检测仪或模块连接，通过相控阵超声波检测仪或模块能够激发各第一压电晶片201，第一压电晶片201的负极通过外壳接地。
优选的，本实施例中，多路复用器103为时分多路复用器，采用时分多路复用技术，整体集成到探头上。
优选的，本实施例中，第一压电晶片201的长度为5～10mm，相邻第一压电晶片201的间距为0.2～1.0mm，这样的压电晶片长度和间距，有利于降低成本。
优选的，本实施例中，涡流线圈101的频率为100～500kHz，直径为1～3mm，这样的涡流检测频率和线圈直径与目前常用的相同，易于获得，不用额外研发，有利于降低成本。
优选的，该阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头的涡流线圈阵列的另一侧设置若干第二压电晶片301，一般可以设置16～32个，可以按照实际的检测需要进行选择具体的数量，若干第二压电晶片301沿与第一压电晶片201垂直的方向线阵列排布；本实施例中，若干第一压电晶片201设置在涡流线圈阵列的左侧，采用线阵列纵向排布，构成第一相控阵超声探头2；若干第二压电晶片301设置在涡流线圈阵列的右侧，与第一压电晶片201垂直，采用线阵列横向排布，构成第二相控阵超声探头3；各第二压电晶片301上均设置第三导线302，第三导线302一端与第二压电晶片301的正极连接，另一端与外壳外壁上设置的第二接口303连接。其中，第三导线302可以采用具有良好绝缘作用的漆包铜线。
使用时，第二接口303与相控阵超声波检测仪或模块连接，通过相控阵超声波检测仪或模块能够激发各第二压电晶片301，第二压电晶片301的负极通过外壳接地。
优选的，本实施例中，第二压电晶片301的长度为5～10mm，相邻第一压电晶片201的间距为0.2m～1.0mm，这样的压电晶片长度和间距与目前常用的压电晶片相同，易于获得，不用额外研发，有利于降低成本。
下面结合使用过程进一步说明本发明阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，具体包括以下步骤。
第一步：将多路复用器103与阵列涡流检测仪或模块连接，通过阵列涡流检测仪或模块及多路复用器103激发阵列涡流探头1，顺序激发阵列涡流探头1中的每个涡流线圈101，同时相邻涡流线圈101作为接收线圈接收涡流信号，涡流线圈阵列有多种拓扑模式的发射-接收方式，从而对不同取向的表面及近表面缺陷进行有效检测。
第二步：将第一接口与相控阵超声波检测仪或模块连接，通过相控阵超声波检测仪或模块及第一接口203激发第一相控阵超声探头2，通过控制各个第一压电晶片201的激励顺序和延迟，实现超声声束在工件内部的聚焦和偏转，从而实现对工件内部与纵向方向垂直取向的缺陷的有效检测。
第三步：将第一接口与相控阵超声波检测仪或模块连接，通过相控阵超声波检测仪或模块及第二接口303激发第二相控阵超声探头3，通过控制各个第二压电晶片301的激励顺序和延迟，实现超声声束在工件内部的聚焦和偏转，从而实现对工件内部与横向方向垂直取向的缺陷的有效检测。
虽然是顺序激发相应的阵列涡流探头1、第一相控阵超声探头2及第二相控阵超声探头3，但是由于发射与接收过程是在极短的时间内完成的，因此在常规扫查速度下，阵列涡流探头1、第一相控阵超声探头2及第二相控阵超声探头3在检测过程中可视为同时激发。
综上所述，本发明阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，通过将阵列涡流探头与相控阵超声探头集成在同一探头上，只需一次检测就可实现表面、近表面缺陷和内部缺陷的检测，克服了传统单一的阵列涡流探头对于工件内部的缺陷无法检测的缺点以及传统单一的相控阵超声探头近表面分辨力差的缺点，实现了较高的表面、近表面分辨力。同时，采用纵向和横向排布压电晶片的方式，克服了相控阵超声对内部缺陷取向性敏感的缺点，实现了对不同取向内部缺陷的有效检测，采用成本更低的一维线阵探头实现了二维面阵探头的功能。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，其特征在于，包括外壳；
外壳的一侧内壁上设置由两排相互错开的涡流线圈(101)组成的涡流线圈阵列；各涡流线圈(101)上均设置第一导线(102)，第一导线(102)一端与涡流线圈(101)连接，另一端与外壳外壁上设置的多路复用器(103)连接；
涡流线圈阵列的一侧设置若干第一压电晶片(201)，若干第一压电晶片(201)线阵列纵向排布或线阵列横向排布；各第一压电晶片(201)上均设置第二导线(202)，第二导线(202)一端与第一压电晶片(201)的正极连接，另一端与外壳外壁上设置的第一接口(203)连接；
所述涡流线圈阵列的另一侧设置若干第二压电晶片(301)，若干第二压电晶片(301)沿与第一压电晶片(201)垂直的方向线阵列排布；
各第二压电晶片(301)上均设置第三导线(302)，第三导线(302)一端与第二压电晶片(301)的正极连接，另一端与外壳外壁上设置的第二接口(303)连接。
2.根据权利要求1所述的阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，其特征在于，所述第一导线(102)、第二导线(202)及第三导线(302)均为漆包铜线。
3.根据权利要求1所述的阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，其特征在于，所述第二压电晶片(301)的数量为16～32个。
4.根据权利要求3所述的阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，其特征在于，所述第二压电晶片(301)的长度为5～10mm，相邻第二压电晶片(301)的间距为0.2～1.0mm。
5.根据权利要求1所述的阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，其特征在于，所述多路复用器(103)为时分多路复用器。
6.根据权利要求1所述的阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，其特征在于，所述涡流线圈(101)的频率为100～500kHz，直径为1～3mm。
7.根据权利要求1所述的阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，其特征在于，所述第一压电晶片(201)的数量为16～32个。
8.根据权利要求1所述的阵列涡流与相控阵超声复合的检测探头，其特征在于，所述第一压电晶片(201)的长度为5～10mm，相邻第一压电晶片(201)的间距为0.2～1.0mm。
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