[發明專利]一種非接觸聚集型探頭

有效

• 申請號: 201110153530.6
• 申請日: 2011-06-09
• 公開（公告）號: CN102818621A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 宗遐齡;陳超;王輝明;王躍;郝守玲
• 申請（專利權）人: 中國石油化工股份有限公司;中國石油化工股份有限公司石油物探技術研究院
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00;G01N29/34
• 代理公司: 北京思創畢升專利事務所 11218
• 代理人: 劉明華

技術領域

本發明屬于超聲波振動檢測領域，具體涉及一種非接觸聚集型探頭。

背景技術

地震物理模擬研究是指利用物理模型對地震及有關現象(特別是波動現象)進行研究，它是實驗地質學的一個重要組成部分，又被稱為模型地質學。模型地質學研究中最普遍使用的方法是超聲波方法，因此常被稱為超聲地震模擬。超聲地震物理模型實驗通過超聲波在地質模型中的傳播觀測對地震波在各種復雜地質體中的傳播進行室內模擬觀測，并根據觀測結果進行地震學研究。它解釋和解決了許多地球物理勘探中出現的實際問題，從而極大地推動了地震學理論的發展。

超聲波檢測也叫超聲探傷，是無損檢測的一種。無損檢測是在不損壞工件或原材料工作狀態的前提下，對被檢驗部件的表面和內部質量進行檢查的一種檢測手段。

目前常用的超聲波檢測方法主要有兩種，接觸式測量和非接觸測量。

①接觸式測量

接觸式測量通常采用壓電式超聲波探頭或其他材料制成的探頭。這種探頭通常由壓電晶片或其他材料(如復合材料)組成，其結構比較簡單，安裝方便，收發可互換。圖1給出的是壓電接觸式探頭的內部結構圖。

當對固體材料進行測量時，發射探頭和接收探頭緊貼被測物體表面。發射頭將電信號(一般為窄脈沖)轉換為超聲波信號；而接收頭則將超聲波信號轉換為電信號。

②非接觸測量

目前使用的非接觸測量通常由強脈沖激光源和激光測振儀組成。

超聲波發射部分采用強脈沖激光源。當對模型進行測試時，強脈沖激光源向模型某點(又稱為炮點)發射激光脈沖，該點受熱會發生熱膨脹或熔化，由此產生超聲波并向模型內部傳送。超聲波接收部分采用激光測振儀，它可檢測被測物體表面的振動速度或位移。

現有的超聲波檢測方法在用于地質模型檢測時存在一定的缺點和局限性。

①壓電式超聲波探頭相對簡單，價格較低，但在進行地質模型檢測時，使用壓電式探頭進行發射和接收時會產生一些問題。

壓電式超聲波探頭在對固體地質模型(尤其對復雜表面模型)進行檢測時，由于工藝方面的原因器件，檢測部分接觸面較大，當對曲表面模型進行檢測時，探頭和模型表面耦合效果差，有時甚至無法耦合；由于現有超聲波探頭只能進行窄帶發射和接收，因此測量不能反映野外施工寬頻接收的實際情況。另外由于是接觸式測量，采用手動方式則測量效率低、精度差；當通過機械方式移動時每次都要重復進行拔起和放置這個過程，而每次放置點探頭和模型間的接觸壓力很難做到一致，因此測量的重復性差，容易損壞探頭。目前往往一套固體地質模型的完整測試需要幾個月時間，壓電式超聲波探頭遠遠不能滿足科研生產的需要。

②激光超聲波測量

激光超聲波測量是一種非接觸超聲波測量方法。它可以有效地克服壓電式探頭存在的問題，但它也存在著一些問題。由于超聲波發射部分采用強脈沖激光源，當強脈沖激光源照射非金屬材料時，瞬時產生的高溫會損壞被測點表面，使該點及附近地區被燒焦，并產生變形。該點的損壞，會影響下一次在該點的激發效果。而在進行物理模型檢測時，要求能在同一個發射點(我們稱之為炮點)上多次發射超聲波信號，這就意味著該點被強脈沖激光源多次照射，且要求每次照射前該點的狀態不會發生變化，即重復性好，而采用強脈沖激光源很難做到這一點。如果降低發射能量，則產生的超聲波發射能量不夠，信號無法到達模型深層。

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術中存在的難題，提供一種非接觸聚集型探頭，用于模擬炸藥，進行無損檢測。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種非接觸聚集型探頭，包括基體和壓電陶瓷，所述基體為正面凹、背面凸的弧形結構，有彈性；所述壓電陶瓷粘貼在弧形基體的背面，其極化方向沿基體的厚度方向，即基體的法向。

當基體的工作模態為彎曲振動時，基體的波峰處和波谷處的位移方向(即波峰或波谷處的法向)均指向同一個焦點；壓電陶瓷粘貼在基體的背面的波峰處或波谷處。

當基體的工作模態為彎曲振動時，基體的波峰處和波谷處的位移方向均指向同一個焦點；壓電陶瓷同時粘貼在波峰處和波谷處；在波峰處的壓電陶瓷的極化方向與在波谷處的壓電陶瓷的極化方向是相反的。

在所述基體的正面設有匹配層，所述匹配層的材料采用多微孔材料，包括氣凝膠或多孔高纖維復合材料或多孔聚合材料。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：