[實用新型]一種超聲導波探頭

無效

• 申請號: 200820076492.2
• 申請日: 2008-03-12
• 公開（公告）號: CN201177617Y
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發明（設計）人: 牛曉光;劉長福;張彥新;郝曉軍;李樹軍;李中偉;王志永
• 申請（專利權）人: 河北省電力研究院
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01S7/52
• 代理公司: 石家莊新世紀專利商標事務所有限公司
• 代理人: 董金國

技術領域

本實用新型涉及一種超聲導波探頭。

背景技術

目前應用的超聲導波探頭均采用固定在中等壁厚、大直徑管子上的探頭套環(探頭矩陣)，探頭套環包含一組并列等間隔的換能器陣列，組成陣列的換能器數量取決于管徑大小和使用波型，換能器陣列繞管子周向布置。基于發電廠高壓加熱器、低壓加熱器、凝汽器等換熱器管的結構及尺寸原因，無法采用上述周向排列探頭陣列包覆在管道外壁的超聲導波激勵方法進行檢測。

發明內容

本實用新型所要解決的技術問題是提供一種置于小直徑管道內部、周向發射超聲導波的超聲導波探頭。

本實用新型采用的技術方案：

本實用新型包括有壓電晶片，與壓電晶片相連接的電源線，其特征在于它還包括有圓筒形殼體、晶片背襯層、圓柱形有機玻璃聲楔塊；壓電晶片被晶片背襯層和圓柱形有機玻璃聲楔塊夾在中間后裝入圓筒形殼體中，并且圓柱形有機玻璃聲楔塊的一端伸出圓筒形殼體，在圓柱形有機玻璃聲楔塊的一端設有探頭錐角為α的超聲導波反射圓錐面，探頭錐角α的頂點至壓電晶片的距離a大于等于晶片近場區長度；圓柱形有機玻璃聲楔塊的外徑Φ與被檢管道的內徑相適配。

本實用新型的有益效果是：本探頭置于管道內部，采用從管道內壁周向激勵超聲導波的方法完成換熱器管的超聲導波檢測，從而解決了小徑管道無法采用周向排列探頭陣列包覆在管道外壁激勵超聲導波的技術難題。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖。

在圖1中，1圓筒形殼體、2晶片背襯層、3壓電晶體片、4圓柱形有機玻璃楔塊、5電源線接口、6超聲導波反射圓錐面。

具體實施方式

由圖1所示實施例可知，它包括有壓電晶片3，與壓片電晶片3相連接的電源線，其特征在于它還包括有圓筒形殼體1、晶片背襯層2、圓柱形有機玻璃聲楔塊4；壓電晶片3被晶片背襯層2和圓柱形有機玻璃聲楔塊4夾在中間后裝入圓筒形殼體1中，并且圓柱形有機玻璃聲楔塊4的一端伸出圓筒形殼體1，在圓柱形有機玻璃聲楔塊4的一端設有探頭錐角為α的超聲導波反射圓錐面6，探頭錐角α的頂點至壓電晶片3的距離a大于等于晶片近場區長度；圓柱形有機玻璃聲楔塊4的外徑Φ與被測管道的內徑相適配。

本實施例的設計原理如下：

本探頭主要適用于發電廠高壓加熱器、低壓加熱器、凝汽器等換熱器管的探傷檢測。

本探頭主要是利用現有常規超聲探頭技術，結合上述換熱器管規格、材質特性對導波角度、頻厚積及管道周向360°全方位檢測需要進行如下幾個方面設計：壓電元件；晶片背襯層材料；探頭頻率；探頭錐角等。

1、壓電晶片選擇

壓電元件有很多種，如石英單晶體、壓電陶瓷、復合壓電材料等。壓電陶瓷是應用最廣泛的一種壓電材料，本探頭的壓電晶片采用鋯鈦酸鉛壓電陶瓷作為壓電材料，鋯鈦酸鉛壓電陶瓷簡稱PZT，它是PbTio₃和PbZro₃固溶體為基礎的組成物，在較大的溫度范圍內性能比較穩定，作為換能材料，其壓電效應非常顯著，具有高的機電耦合系數和壓電應變常數、彈性常數和壓電常數。

2、晶片背襯層的選擇

當電脈沖激勵壓電元件時，它不但向前方輻射聲能，同時也向后方輻射。來自前方的回波信號中包含著被檢測管道的信息，是對管道缺陷檢測和定位的依據。但是從后面反射來的干擾雜波信號需要通過加裝晶片背襯層消除。晶片背襯層的另外一個作用是控制壓電晶片的振動周數，減少脈沖回波持續時間，控制脈沖寬度，提高分辨力。本晶片背襯層的材料采用環氧樹脂和鎢粉來配制。

3、探頭頻率選擇

圓管中的導波分為三種模態：縱向模態(L模態)、彎曲模態(F模態)和扭曲模態(T模態)。在管道中傳播的柱面導波的模態隨頻率的增大而增加。軸對稱縱向導波L(0，2)模態由于傳播速度快，故能比其它模態的導波更快地到達導波接收裝置，因此更易于在時域內區分。而且L(0，2)模態波內外表面的徑向位移均相對較小，傳播過程中能量泄漏也相對較小，傳播距離較長，故可以檢測更長距離。在頻率較高的地方，L(0，2)模式導波幾乎呈一條直線，表明它是非頻散的或者說頻散程度非常小。所以在檢測管道時通常考慮如何激勵出L(0，2)模式導波。管材的內徑與壁厚比變化時將對管中導波的模式行為產生很大的影響。

導波在管中的產生與傳播受到激勵頻率、激勵角度及管道材質、管壁厚度等條件的嚴格限制。