[發明專利]用于復合材料結構非開敞內腔檢測的柔性超聲陣列探頭

在審

• 申請號: 202310021886.7
• 申請日: 2023-01-07
• 公開（公告）號: CN115932056A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉松平;劉菲菲;楊玉森
• 申請（專利權）人: 中國航空制造技術研究院
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01N29/22;G01N29/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及無損檢測技術領域，特別是涉及一種用于復合材料結構非開敞內腔檢測的柔性超聲陣列探頭。透聲塊設置在外殼的底部，陣列晶片位于外殼內，且靠近透聲塊設置，上蓋設置在外殼的頂部，彈性組件設置在上蓋上。通過陣列晶片對復合材料結構非開敞內腔加強筋進行超聲掃查，覆蓋了被檢測加強筋的整個橫截面，相比單晶片探頭顯著提高了檢測效率。在彈性組件的作用下使透聲塊始終與被檢測加強筋的表面保持接觸耦合，僅需少量的耦合劑，即可在兩者之間形成穩定的聲學耦合，進而提高了超聲檢測的可靠性。通過配套的掃查機構即可實現不同長度的復合材料結構非開敞內腔加強筋的快速檢測，不容易漏檢，勞動強度小。

技術領域

本發明涉及無損檢測技術領域，特別是涉及一種用于復合材料結構非開敞內腔檢測的柔性超聲陣列探頭。

背景技術

復合材料結構非開敞內腔是一種非常重要的結構形式，對復合材料結構非開敞內腔的質量要求非常高。為了確保非開敞內腔的質量，需要對復合材料結構非開敞內腔進行100％無損檢測。由于復合材料結構非開敞內腔空間狹小，具有長尺寸的幾何特征，目前復合材料結構非開敞內腔結構檢測主要是采用超聲反射法，為了實現對復合材料結構非開敞內腔覆蓋的檢測，需要對復合材料結構非開敞內腔內部不可達部位進行超聲掃查。

請參考圖1，目前的超聲檢測方法是：采用手動掃描方式，通過掃查桿將超聲換能器2伸進，從復合材料結構非開敞內腔1的開口端，將超聲換能器2伸進去，通過掃查桿帶動超聲換能器2，實現對加強筋超聲手動掃查檢測，對復合材料結構非開敞內腔加強筋進行掃查檢測。其主要不足：(1)超聲換能器2通常為采用單晶探頭，檢測效率低，勞動強度大；(2)難以準確地實現復合材料結構非開敞內腔1加強筋的覆蓋掃查，從而容易造成漏檢；(3)超聲檢測自動化程度低，檢測結果受檢測者的技術狀態和主觀因素影響大，容易漏檢；(4)檢測結果不能記錄和可視化，進而影響檢測結果的可靠性；(5)檢出缺陷定位困難。

作為一種改進，就是采用超聲自動掃描檢測。目前比較慣用的超聲檢測方法就是：通過專門的掃描機構的設計，使超聲換能器2從復合材料結構非開敞內腔1的開口端伸進去，對加強筋進行掃查。其主要不足是：

(1)當復合材料結構非開敞內腔1超過1m以上，甚至達到20m時，受到復合材料結構非開敞內腔1的幾何尺寸限制，掃描機構的機械剛度和強度都難以保證換能器對復合材料結構非開敞內腔1內部加強筋的準確超聲自動掃查檢測和檢出缺陷定位要求，從而影響檢測效果和檢測結果的可靠性，進而難以實現復合材料結構非開敞內腔1可靠的檢測；(2)檢測效率低。

發明內容

(1)要解決的技術問題

本發明實施例提供了一種用于復合材料結構非開敞內腔檢測的柔性超聲陣列探頭，解決了復合材料結構非開敞內腔內部加強筋的可檢性、檢測效率以及檢測的可靠性低的技術問題。

(2)技術方案

本發明的實施例提出了一種用于復合材料結構非開敞內腔檢測的柔性超聲陣列探頭，包括：透聲塊、陣列晶片、上蓋、外殼以及彈性組件，所述透聲塊設置在所述外殼的底部，所述陣列晶片位于所述外殼內，且靠近所述透聲塊設置，所述上蓋設置在所述外殼的頂部，所述彈性組件設置在所述上蓋上。

進一步地，所述透聲塊與所述陣列晶片之間設置有匹配層。

進一步地，所述陣列晶片上設置有阻尼層。

進一步地，所述阻尼層的厚度為5～20mm。

進一步地，所述彈性組件包括彈性套座、彈簧、支撐桿、支撐座以及微型滾輪，所述彈性套座設置在所述上蓋上，所述支撐桿一端與所述彈性套座活動連接，且所述支撐桿與所述彈性套座之間設置有所述彈簧，所述支撐桿另一端與所述支撐座連接，所述支撐座上活動設置有所述微型滾輪。

進一步地，所述陣列晶片包括n個壓電晶片，n的計算公式為：