[發(fā)明專利]柔性超聲換能器及換能器區(qū)塊

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580077160.9
• 申請日: 2015-12-28
• 公開（公告）號: CN107466255B
• 公開（公告）日: 2020-03-10
• 發(fā)明（設計）人: S.J.范德海登;D.拉姆薩蘭;C.M.奧古斯蒂恩;M.P.L.恩格爾
• 申請（專利權）人: 通用電氣傳感伊米公司
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;G01N29/24
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 肖日松;譚祐祥

一種柔性超聲換能器，包括柔性金屬板，附接在板上的壓電陶瓷元件，導電附接到板上的諸傳導線第一電導體，以及覆蓋金屬板的至少一部分的絕緣覆蓋物，其中金屬板包括位于彼此相對的第一外表面和第二外表面，其中壓電陶瓷元件附接到第一外表面上，其中第一外表面和壓電陶瓷元件的尺寸使得第一外表面的第一部分不由壓電陶瓷元件覆蓋，其中第一電導體導電附接到第二外表面的第一部分和第一外表面的第一部分中的至少一者上，其中第一外表面的第一部分和第二外表面的第一部分位于彼此相對，且在金屬板在其中延伸的平面中具有大約相同的尺寸和位置，且其中絕緣覆蓋物的至少一部分覆蓋第一外表面的第一部分，使得壓電陶瓷元件布置成直接干耦合至待借助于換能器檢查的物體的表面。

技術領域

本發(fā)明涉及一種柔性超聲換能器，其包括柔性金屬板，附接到板上的壓電陶瓷元件，導電地附接到板上的第一電導體(諸如傳導線)，以及覆蓋金屬板的至少一部分的絕緣覆蓋物。

本發(fā)明還涉及一種換能器區(qū)塊，其包括具有頂側(cè)和底側(cè)的殼體和如上文描述的換能器。

背景技術

此系統(tǒng)已知如此。

在油、氣和電力行業(yè)中，腐蝕和侵蝕引起的退化通常是設備的完整性損耗的原因。這可導致溢出、生產(chǎn)損耗、管線失效、破壞環(huán)境或健康，且甚至失去生命。所有維護成本的相當大部分涉及完整性損耗的防止、探測和修復。

在精煉廠和發(fā)電站中的老化的基礎設施可經(jīng)歷腐蝕引起的失效，在一些情況下，這甚至無法由目前的檢查活動(如手動超聲壁厚測量)可靠探測到。此類檢查活動通常以較長間隔(一年或多年)執(zhí)行，具有有限的覆蓋度(僅抽查)，且具有有限的可靠性(準確性，人為因素)。尤其此檢查活動的準備相當多，以提供得以接近所有部分(搭建腳手架、除去絕緣物)，且通常需要關閉設備(因為高溫或其他安全問題)。因此，本行業(yè)尋求可靠的耐久安裝的傳感器和系統(tǒng)，其可可靠且實時報告完整性，如，高溫和/或難以接近的區(qū)域處的關鍵構(gòu)件處的剩余壁厚。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明具有的目的在于提供可滿足這些要求的換能器。

根據(jù)本發(fā)明的柔性超聲換能器特征在于，金屬板包括位于彼此相對的第一外表面和第二外表面，其中壓電陶瓷元件附接到第一外表面上，其中第一外表面和壓電陶瓷元件的尺寸使得第一外表面的第一部分不以壓電陶瓷元件覆蓋，其中第一電導體導電附接到第二外表面的第一部分和第一外表面的第一部分中的至少一者上，其中第一外表面的第一部分和第二外表面的第一部分位于彼此相對，且在金屬板在其中延伸的平面中具有大約相同的尺寸和位置，且其中絕緣覆蓋物的至少一部分覆蓋第一外表面的第一部分，使得壓電陶瓷元件布置成直接干耦合至待借助于換能器檢查的物體的表面。大體上成立的是，如果電導體導電附接到導電本體上，則這隱含電導體與本體導電連接。換能器可用于將超聲發(fā)射到待檢查的物體中，且/或用于從待檢查的物體接收超聲。通常，用于檢查鋼物體的超聲信號(如，壁厚測量結(jié)果)在兆赫茲的頻率范圍中(例如，1到10MHz或0.5到20MHz)。這些頻率下的超聲波較差地傳播穿過空氣，因此超聲耦合介質(zhì)用于換能器和物體表面之間。例如，此耦合介質(zhì)可為流體，如，水、油、脂或凝膠。已知的是，如果在那些表面之間產(chǎn)生緊密結(jié)合(例如，通過施加不太實際的很高的壓力)，則超聲信號可在沒有耦合介質(zhì)的兩個表面之間傳遞。

令人驚訝的是，根據(jù)本發(fā)明的超聲換能器可直接地耦合至待借助于換能器檢查的物體，其中壓電陶瓷元件在施加有限且實際的壓力的同時與物體的外表面直接接觸。其示出了壓電陶瓷元件和物體的外表面之間的超聲耦合可足以借助于超聲換能器執(zhí)行所需的測量。換能器現(xiàn)在可在壓力下耐久地連接到物體上以用于耐久地檢查物體。盡管在壓電陶瓷元件和物體表面之間存在干耦合，但該聯(lián)接對于獲得可靠的測試結(jié)果而言顯得綽綽有余。甚至可能的是，壓電陶瓷元件略微開裂，但這顯得不相關，因為不需要移動或除去換能器，現(xiàn)在換能器耐久地附接到物體上。

在此測量中，物體自身形成用于壓電陶瓷元件的電極。因此，對于根據(jù)本發(fā)明的換能器的應用，優(yōu)選成立的是，物體或至少物體表面是導電的。