超声波换能器.pdf

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超声波无损检测技术工艺 第二章 超声换能器
§ 压电换能器
§,结构,设计与制作工艺的考虑因素

在超声检测技术中应用的压电换能器是多种多样的,但最广泛应用的是厚度振动型的压电换能器(俗称探头),
它受激励而产生的超声波是纵波,然后可以利用超声波的折射特性,通过适当的方法实现波型转换,把纵波转换
,根据激发超声波的工作频谱,可以把探头分为宽频带(窄脉冲)探头(可窄至
一周半)和窄频带脉冲探头,前者主要用于要求具有较高分辨力的超声检测,而后者则主要用于如穿透法,谐振
法,声振法等的超声检测.
在实际应用中,最常见的是根据探头的用途和结构特点来分类,大致上有:
:由单块压电晶片兼并发射与接收功能而制成的探头,其晶片多为圆形薄片,还可分为液浸法检测
用的和直接接触法用的探头
:由单块压电晶片兼并发射与接收功能,其晶片多为圆形,
片受激产生的纵波在界面上的入射角,利用超声波的折射特性产生波型转换,从而在检测介质中激发出所需要
,根据所激发波型的不同,可以分为:
(1)横波探头:用于对工件内部及表面缺陷的横波检测,例如检测焊缝
(2)瑞利波（表面波）探头:用于对具有光洁表面的工件的表面缺陷检测,例如检测叶片表面裂纹
(3)板波(兰姆波)探头:用于薄板检测
(4)爬波探头:用于粗糙表面工件的近表面缺陷检测
(5)可变角探头:可调整纵波入射角以探索适当波型超声波的激发条件以及调整超声波在被检介质中的折射角
度
此外还有如纵波斜探头及各种适应不同工件需要的专用探头.
:由两块晶片分别发射和接收超声波,晶片形状有两块半圆形(分割式),两块方形或两块矩形等.
探头上配有延迟块,用以小范围改变纵波入射角以调节超声波进入工件的状态,而且起到延迟阻塞时间,抑制近
场干扰等作用,
通波和屏蔽感应电场的干扰(即起到电声屏蔽的作用).按照产生的波型和结构形式,可以分为:
(1)组合双晶直探头:包括液浸法检测与直接接触法检测应用的探头,
体之内,在工件中激励的是纵波-在被检介质中是以折射纵波进行检测的。
(2)组合双晶斜探头:用于直接接触法,全部元件(包括斜楔)组合在一个整体内,主要用于在工件中激励横波或瑞
利波进行检测。
(3)骑马式组合双晶探头:两块晶片分别安置在一个马鞍形的座块两侧,在工件中激励纵波,同时也兼有横波与瑞
利波成分,可进行综合波型检测,特别适合于小直径棒材的检测
:利用声透镜原理或直接烧结而成的曲面形压电晶片,使激励的超声波束能汇聚成细长(或扁长)形状,
有利于声能高度集中,从而明显提高穿透性,指向性和分辨率以及信噪比。聚焦探头的种类很多,主要有:
(1)接触法聚焦直探头
(2)液浸法聚焦直探头
(3)接触法聚焦斜探头
(4)接触法组合双晶聚焦斜探头
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(5)接触法可变角聚焦斜探头
(6)阵列聚焦探头
......等等
此外,根据聚焦声束的形状,又可将聚焦探头分为点聚焦,线聚焦,以及特殊的长焦柱等类型.
(专用)探头:随着工业生产的发展,为适应各种不同工件的检测需要,还发展了许多特种探头,它们各
自有其特殊的应用场合,如:
(1)超声测厚探头:包括常温,中温,高温状态下使用的,接触法或液浸法使用的,不同分辨率的各种测厚探头
(2)轮式超声探头:可用于自动或半自动的钢板检测等
(3)检测铁路钢轨的超声探头
(4)检测工件内孔的超声探头:深入工件孔内进行检测
(5)从轴类、螺栓等端面进行检测的小角度纵波斜入射探头
(6)用于高温条件下检测的超声探头
(7)冲击波探头:产生冲击波进行检测
(8)用于特殊部位的反射镜式探头:利用声反射镜改变超声束的投射方向
(9)电磁超声探头
(10)混凝土检测用探头
(11)窄脉冲(高阻尼)探头:可获得特别高的分辨力
(12)与计算机配合的相控阵探头或动态聚焦阵列