一種適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷或損傷的超聲波檢測技術(shù)，具體涉及一種適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭及其工作方法，可以更好地適應(yīng)左右不對稱的結(jié)構(gòu)，在保持較高缺陷損傷定位精度的同時擴(kuò)大單次檢測檢測(重復(fù))區(qū)域，提高檢測效率，屬于材料結(jié)構(gòu)缺陷損傷檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著結(jié)構(gòu)設(shè)計制造技術(shù)的發(fā)展，大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)因其所特有的性能而在風(fēng)力發(fā)電、航空航天、交通運(yùn)輸、建筑工程等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。大型結(jié)構(gòu)體量較大，可能出現(xiàn)缺陷或形成損傷的區(qū)域較多，這些可能出現(xiàn)缺陷或形成損傷的區(qū)域都得到充分的檢測是結(jié)構(gòu)安全服役的前提。由于結(jié)構(gòu)功能的需要，很多結(jié)構(gòu)表面是非對稱曲面，如飛機(jī)機(jī)翼表面和風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片表面等的非對稱特征非常明顯。
[0003]超聲波檢測是保障結(jié)構(gòu)安全可靠服役的重要手段。超聲波探頭是檢測系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，對檢測質(zhì)量具有決定性的影響。超聲波探頭種類很多，其中雙晶片探頭是一種重要的探頭，具有盲區(qū)小，靈敏度高，分辨力強(qiáng)等特點(diǎn)。現(xiàn)有雙晶片探頭中分別實(shí)現(xiàn)超聲波發(fā)射和接收功能的晶片及其透聲楔塊均為對稱結(jié)構(gòu)，在被測結(jié)構(gòu)中形成一對稱菱形可檢區(qū)域，在該區(qū)域中的缺陷或損傷能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的超聲回波。
[0004]雙晶片探頭檢測效果較好，也在無損檢測實(shí)踐中得到了較廣的應(yīng)用。但現(xiàn)有雙晶片探頭對稱的結(jié)構(gòu)形式對其應(yīng)用有不利影響。對稱式雙晶片探頭對于平整表面具有較好的適應(yīng)性，也可應(yīng)用于橫向?qū)ΨQ的曲面結(jié)構(gòu)，但在應(yīng)用于橫向非對稱的曲面結(jié)構(gòu)時探頭與結(jié)構(gòu)表面不能良好嚙合，影響超聲波傳播;缺陷或損傷的縱向分辨力和檢測效率是一對矛盾，考慮到缺陷或損傷的縱向分辨力的要求限制了晶片的長度，導(dǎo)致單次檢測區(qū)域較小，影響了檢測效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0005]本發(fā)明提供一種適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭及其工作方法，可以適用于具有非對稱彎曲表面的復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如機(jī)翼、葉片等)，單次檢測覆蓋區(qū)域較大，檢測效率較高，能夠較好地滿足大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)缺陷和損傷檢測的需要。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭，包括殼體以及位于殼體中的發(fā)生塊、發(fā)射晶片、接收晶片、接收塊、隔聲層、吸聲材料、引入導(dǎo)線和引出導(dǎo)線，所述發(fā)生塊與接收塊非對稱設(shè)置，發(fā)生塊與接收塊的上表面呈一定角度的傾斜狀，且發(fā)生塊與接收塊的上表面傾斜的角度不相等，所述發(fā)射晶片呈整體狀的一片且其位于發(fā)生塊上，所述接收塊包括有第一接收塊、第二接收塊、第三接收塊，所述接收晶片包括有依次分別位于第一接收塊、第二接收塊、第三接收塊上的第一接收晶片、第二接收晶片、第三接收晶片，所述引入導(dǎo)線與發(fā)射晶片相連接以引入激勵信號，所述引出導(dǎo)線共包括有分別與第一接收晶片、第二接收晶片、第三接收晶片相連接的三根以引出三個獨(dú)立的電信號，在發(fā)生塊與接收塊之間、相鄰的兩個接收塊之間均用隔聲層分開。
[0007]進(jìn)一步地，在所述發(fā)生塊和接收塊的上方均填充有吸聲材料。
[0008]進(jìn)一步地，所述發(fā)射晶片的寬度大于第一接收晶片、第二接收晶片、第三接收晶片的寬度。
[0009]本發(fā)明還采用如下技術(shù)方案:一種用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭的工作方法，其包括如下步驟:
[0010]步驟(1)，根據(jù)被檢測物體的外形橫向特征和待檢區(qū)域確定發(fā)射晶片和接收晶片所對應(yīng)的發(fā)生塊5和接收塊7的上表面的傾斜角度；
[0011]步驟(2)，根據(jù)被檢測物體的外形縱向特征和待檢區(qū)域確定各接收晶片的長度；
[0012]步驟(3)，根據(jù)步驟(1)和步驟(2)選擇合適的探頭；
[0013]步驟(4)，對被檢測區(qū)域表面進(jìn)行清理；
[0014]步驟(5)，連接探頭和探傷儀；
[0015]步驟(6)，根據(jù)檢測工藝要求進(jìn)行檢測。
[0016]本發(fā)明具有如下有益效果:
[0017](1)本發(fā)明可以較好地適應(yīng)結(jié)構(gòu)的彎曲表面，在結(jié)構(gòu)中形成有利于產(chǎn)生缺陷損傷回波的超聲場，提高缺陷或損傷檢測的靈敏度，提高缺陷或損傷檢測的橫向和縱向定位精度，具有較高的檢測效率；
[0018](2)與對稱式雙晶片超聲波探頭相比，本發(fā)明中發(fā)射和接收超聲波的透聲楔塊不對稱，能夠更好地適應(yīng)復(fù)雜曲面結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)中形成較寬的檢測區(qū)域，降低檢測靈敏度的空間變化率，提高非核心區(qū)缺陷或損傷檢測的靈敏度；
[0019](3)與對稱式雙晶片超聲波探頭相比，本發(fā)明中發(fā)射和接收超聲波的晶片寬度不對稱，較寬的發(fā)射晶片有利于在被測結(jié)構(gòu)中形成較均勻的超聲場，有利于缺陷或損傷形成回波;較窄的接收晶片有助于提高缺陷或損傷的橫向定位精度；
[0020](4)與對稱式雙晶片超聲波探頭相比，本發(fā)明中發(fā)射和接收超聲波的晶片結(jié)構(gòu)形式不對稱，其中發(fā)射晶片采用一塊較長的晶片，由一根導(dǎo)線引入激勵信號，接收晶片由一組較短晶片組成，該組晶片的總長度與發(fā)射晶片相當(dāng)，每塊晶片所產(chǎn)生的電信號由獨(dú)立導(dǎo)線傳送，這種晶片結(jié)構(gòu)可以在保證缺陷或損傷的縱向定位精度的條件下提高檢測效率，更好地滿足大型結(jié)構(gòu)的檢測要求。
【附圖說明】
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[0021]圖1為本發(fā)明適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭的示意圖。
[0022]圖2為發(fā)射和接收單元的示意圖。
[0023]其中:
[0024]1-殼體;2_吸聲材料;3_發(fā)射晶片;4_隔聲層;5_發(fā)生塊;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-接收塊;7-1-第一接收塊;7-2-第二接收塊;7-3-第三接收塊;8-引入導(dǎo)線;9-引出導(dǎo)線;A-探傷區(qū)?！揪唧w實(shí)施方式】:
[0025]請參照圖1和圖2所示，本發(fā)明適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭包括殼體1以及位于殼體1中的發(fā)生塊5、發(fā)射晶片3、接收晶片6、接收塊7、隔聲層
4、吸聲材料2、引入導(dǎo)線8和引出導(dǎo)線9。發(fā)生塊5與接收塊7非對稱設(shè)置，發(fā)生塊5與接收塊7的上表面呈一定角度的傾斜狀，且發(fā)生塊5與接收塊7的上表面傾斜的角度不相等。發(fā)射晶片3呈整體狀的一片且其位于發(fā)生塊5上。接收塊7包括有第一接收塊7-1、第二接收塊7-2、第三接收塊7-3，接收晶片包括有依次分別位于第一接收塊7-1、第二接收塊7-2、第三接收塊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。引入導(dǎo)線8與發(fā)射晶片3相連接進(jìn)而引入激勵信號，引出導(dǎo)線9共包括有分別與第一接收晶片6-1、第二接收晶片6-
2、第三接收晶片6-3相連接的三根進(jìn)而引出三個獨(dú)立的電信號。在發(fā)生塊5與接收塊7之間、相鄰的兩個接收塊7之間均用隔聲層4分開，在發(fā)生塊5和接收塊7的上方均填充有吸聲材料2。
[0026]本發(fā)明適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭的工作方法，包括如下步驟:
[0027]步驟(1)，根據(jù)被檢測物體的外形橫向特征和待檢區(qū)域確定發(fā)射晶片和接收晶片所對應(yīng)的發(fā)生塊5和接收塊7的上表面的傾斜角度；
[0028]步驟(2)，根據(jù)被檢測物體的外形縱向特征和待檢區(qū)域確定各接收晶片的長度；
[0029]步驟(3)，根據(jù)步驟(1)和步驟(2)選擇合適的探頭；
[0030]步驟(4)，對被檢測區(qū)域表面進(jìn)行清理；
[0031 ]步驟(5)，連接探頭和探傷儀；
[0032]步驟(6)，根據(jù)檢測工藝要求進(jìn)行檢測。
[0033]本發(fā)明適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭能夠較好地適應(yīng)結(jié)構(gòu)表面形狀的變化，在結(jié)構(gòu)中形成較強(qiáng)的可檢測聲場，對于缺陷損傷的定位精度較高，單次檢測所覆蓋的區(qū)域較大，檢測效率較高，很好地滿足了大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)檢測的要求。
[0034]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭，其特征在于:包括殼體(1)以及位于殼體(1)中的發(fā)生塊(5)、發(fā)射晶片(3)、接收晶片(6)、接收塊(7)、隔聲層(4)、吸聲材料(2)、引入導(dǎo)線(8)和引出導(dǎo)線(9)，所述發(fā)生塊(5)與接收塊(7)非對稱設(shè)置，發(fā)生塊(5)與接收塊(7)的上表面呈一定角度的傾斜狀，且發(fā)生塊(5)與接收塊(7)的上表面傾斜的角度不相等，所述發(fā)射晶片(3)呈整體狀的一片且其位于發(fā)生塊(5)上，所述接收塊(7)包括有第一接收塊(7-1)、第二接收塊(7-2)、第三接收塊(7-3)，所述接收晶片包括有依次分別位于第一接收塊(7-1)、第二接收塊(7-2)、第三接收塊(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)，所述引入導(dǎo)線(8)與發(fā)射晶片(3)相連接以引入激勵信號，所述引出導(dǎo)線(9)共包括有分別與第一接收晶片(6-1)、第二接收晶片(6-2)、第三接收晶片(6-3)相連接的三根以引出三個獨(dú)立的電信號，在發(fā)生塊(5)與接收塊(7)之間、相鄰的兩個接收塊(7)之間均用隔聲層(4)分開。2.如權(quán)利要求1所述的適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭，其特征在于:在所述發(fā)生塊(5)和接收塊(7)的上方均填充有吸聲材料(2)。3.如權(quán)利要求1所述的適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭，其特征在于:所述發(fā)射晶片(3)的寬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)的寬度。4.一種用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭的工作方法，其特征在于:包括如下步驟 步驟(1)，根據(jù)被檢測物體的外形橫向特征和待檢區(qū)域確定發(fā)射晶片和接收晶片所對應(yīng)的發(fā)生塊(5)和接收塊(7)的上表面的傾斜角度； 步驟(2)，根據(jù)被檢測物體的外形縱向特征和待檢區(qū)域確定各接收晶片的長度； 步驟(3)，根據(jù)步驟(1)和步驟(2)選擇合適的探頭； 步驟(4)，對被檢測區(qū)域表面進(jìn)行清理； 步驟(5)，連接探頭和探傷儀； 步驟(6)，根據(jù)檢測工藝要求進(jìn)行檢測。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種適用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)損傷檢測的非對稱雙晶片組超聲波探頭，包括殼體、發(fā)生塊、發(fā)射晶片、接收晶片、接收塊、隔聲層、吸聲材料、引入導(dǎo)線和引出導(dǎo)線，發(fā)生塊與接收塊非對稱設(shè)置，發(fā)生塊與接收塊的上表面呈一定角度的傾斜狀，且發(fā)生塊與接收塊的上表面傾斜的角度不相等，發(fā)射晶片呈整體狀的一片且其位于發(fā)生塊上，接收塊包括有第一接收塊、第二接收塊、第三接收塊，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，引入導(dǎo)線與發(fā)射晶片相連接以引入激勵信號，引出導(dǎo)線包括有分別與第一接收晶片、第二接收晶片、第三接收晶片相連接的三根以引出三個獨(dú)立的電信號，在發(fā)生塊與接收塊之間、相鄰的兩個接收塊之間均用隔聲層分開。
【IPC分類】G01N29/24, G01N29/04
【公開號】CN105445380
【申請?zhí)枴緾N201510815585
【發(fā)明人】周克印, 王昌盛, 繆洪生, 朱普生
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2015年11月23日