圓錐形超聲波探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文公開(kāi)的主題涉及一種超聲波探頭，具體而言，涉及一種超聲波換能器在探頭中的布置。
【背景技術(shù)】
[0002]非破壞性測(cè)試裝置可用于檢查、測(cè)量或測(cè)試對(duì)象，以發(fā)現(xiàn)并分析對(duì)象中的異常。這些裝置允許檢查技術(shù)人員在測(cè)試對(duì)象表面處或附近操控探頭以便對(duì)對(duì)象表面及其底層結(jié)構(gòu)都進(jìn)行測(cè)試。在一些行業(yè)中，例如，航空和航天、發(fā)電和油汽運(yùn)輸或精煉(例如管路和焊縫)中，非破壞性測(cè)試可能尤其有用。必須要在不從周?chē)Y(jié)構(gòu)去除對(duì)象的情況下進(jìn)行測(cè)試對(duì)象的檢查，其中，可以定位本來(lái)通過(guò)目測(cè)檢查不能識(shí)別的隱藏異常。超聲波測(cè)試是非破壞性測(cè)試的一個(gè)范例。在進(jìn)行超聲波測(cè)試時(shí)，從探頭中安裝的超聲波換能器發(fā)射超聲波脈沖或波束并傳遞到測(cè)試對(duì)象中。在脈沖或波束形式的超聲波能量進(jìn)入對(duì)象時(shí)，由于超聲波束與測(cè)試對(duì)象的內(nèi)部結(jié)構(gòu)(例如，表面或異常)交互作用，會(huì)發(fā)生被稱(chēng)為回波的各種超聲波反射。這些回波被超聲波換能器檢測(cè)到并由連接到超聲波換能器的處理電子設(shè)備分析。
[0003]相控陣超聲波探頭包括多個(gè)在電學(xué)和聲學(xué)上獨(dú)立的超聲波換能器，它們結(jié)合了壓電材料并安裝于單個(gè)探頭外殼中。在工作期間，產(chǎn)生預(yù)定模式的電脈沖并發(fā)送到探頭。將電脈沖施加于相控陣換能器的電極，導(dǎo)致壓電材料中的物理偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生超聲波能量(例如，超聲波信號(hào)或波束)，其被發(fā)射到探頭耦合到的測(cè)試對(duì)象中。通過(guò)改變施加于相控陣超聲波換能器的電脈沖的定時(shí)，相控陣超聲波探頭產(chǎn)生在不同角度沖擊測(cè)試對(duì)象的超聲波束。波束引導(dǎo)的這種過(guò)程控制著所發(fā)射超聲波能量的方向，以便于檢查測(cè)試對(duì)象的不同區(qū)域，以檢測(cè)其中的異?；蛱匦浴？梢酝ㄟ^(guò)程序控制相控陣探頭個(gè)體換能器的幅度和激發(fā)序列以便調(diào)節(jié)發(fā)射到測(cè)試對(duì)象中的超聲波束的角度和穿透強(qiáng)度。在獲得的超聲波回波返回接觸換能器壓電材料的表面時(shí)，它產(chǎn)生跨換能器電極兩端的可檢測(cè)電壓差，然后由處理電子設(shè)備將其記錄為回波數(shù)據(jù)，且其包括幅度和返回延遲時(shí)間。通過(guò)跟蹤發(fā)射電脈沖和接收回波數(shù)據(jù)之間的時(shí)間差，并測(cè)量所接收的回波數(shù)據(jù)的幅度，可以確定測(cè)試對(duì)象的各種特性，例如其厚度、其中異常的深度和尺寸。
[0004]在一些應(yīng)用中，超聲波探頭包括安裝于探頭外殼中的一維或二維換能器陣列。在掃描操作中根據(jù)一系列編程的序列對(duì)陣列中換能器的一個(gè)或多個(gè)子集激發(fā)，其撞擊測(cè)試對(duì)象并產(chǎn)生回波數(shù)據(jù)?？梢杂商幚黼娮釉O(shè)備分析回波數(shù)據(jù)，其確定測(cè)試對(duì)象中被檢測(cè)特征，例如，異常的特性。對(duì)于大部分掃描序列而言，不需要陣列中的所有換能器都激發(fā)，在每次檢查期間通常執(zhí)行多個(gè)掃描序列。盡管超聲波換能器在陣列中可以是呈幾何分布的，但檢測(cè)超聲波回波的特定換能器的物理位置并不用于回波數(shù)據(jù)分析。通過(guò)在處理回波數(shù)據(jù)中包括這一額外的位置信息，減少了處理時(shí)間。
[0005]提供以上論述僅僅是用于一般背景信息，并非要用于輔助確定所主張主題的范圍。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明的一個(gè)方面是一種包括超聲波換能器陣列的超聲波探頭，所述超聲波換能器陣列同時(shí)向測(cè)試對(duì)象在各種角度發(fā)射超聲波能量脈沖，從而可以有效率地檢測(cè)部件中任何取向的異常。實(shí)踐超聲波測(cè)試系統(tǒng)一些公開(kāi)實(shí)施例時(shí)可能實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)在于，同時(shí)多方向發(fā)射和檢測(cè)超聲波能量減少了掃描測(cè)試時(shí)間，尤其是如果在分析中使用換能器陣列中檢測(cè)換能器的幾何位置的情況下。
[0007]在一個(gè)實(shí)施例中，一種用于檢查測(cè)試對(duì)象的超聲波測(cè)試系統(tǒng)包括布置成圓錐形形式的超聲波換能器陣列。連接到所述超聲波換能器陣列的電子處理電路觸發(fā)所述超聲波換能器陣列中所有超聲波換能器同時(shí)向測(cè)試對(duì)象發(fā)射超聲波能量脈沖。
[0008]在另一實(shí)施例中，一種超聲波處理系統(tǒng)包括布置成圓錐形形式的超聲波換能器陣列。連接到所述超聲波換能器陣列的電子處理電路觸發(fā)陣列中所有超聲波換能器同時(shí)發(fā)射超聲波能量脈沖。多個(gè)接收機(jī)電路均接收由連接的一個(gè)超聲波換能器檢測(cè)到的回波?；夭òǚ龋渲须娮犹幚黼娐纺軌蜃R(shí)別回波檢測(cè)包括比其余超聲波換能器更大幅度的超聲波換能器的位置。
[0009]在另一實(shí)施例中，一種操作超聲波測(cè)試系統(tǒng)的方法包括同時(shí)激發(fā)配置為超聲波換能器圓錐形陣列的多個(gè)超聲波換能器。超聲波換能器的圓錐形陣列在激發(fā)時(shí)瞄準(zhǔn)測(cè)試對(duì)象，它們從測(cè)試對(duì)象接收由同時(shí)激發(fā)導(dǎo)致的回波。
[0010]本
【發(fā)明內(nèi)容】
僅僅是為了提供本文根據(jù)一個(gè)或多個(gè)例示性實(shí)施例公開(kāi)的主題的簡(jiǎn)單概要，并不充當(dāng)解釋權(quán)利要求的導(dǎo)言或界定或限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍僅由所附權(quán)利要求界定。提供本
【發(fā)明內(nèi)容】
是為了在簡(jiǎn)化形式介紹概念的例示性選擇，下文將在【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述。本
【發(fā)明內(nèi)容】
并非要標(biāo)識(shí)所主張主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也并不是要用作確定所主張主題范圍的輔助。所主張的主題不限于解決【背景技術(shù)】中指出的任何或全部缺點(diǎn)的實(shí)施方式。
【附圖說(shuō)明】
[0011]為了能夠理解本發(fā)明特征的方式，可以參考某些實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，附圖中例示了其中一些實(shí)施例。不過(guò)，要指出的是，附圖僅僅例示了本發(fā)明的某些實(shí)施例，因此不應(yīng)被認(rèn)為限制其范圍，因?yàn)楸景l(fā)明的范圍涵蓋了其他同樣有效的實(shí)施例。附圖未必是成比例的，重點(diǎn)一般放在例示本發(fā)明某些實(shí)施例的特征上。在附圖中，在各個(gè)附圖中，使用類(lèi)似數(shù)字表示類(lèi)似部分。于是，為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，可以參考結(jié)合附圖閱讀的以下詳細(xì)描述，附圖中:
[0012]圖1是示范性探頭的透視圖，該探頭包括掃描測(cè)試對(duì)象的圓錐形超聲波換能器陣列；
[0013]圖2是圖1的示范性探頭連接到用于控制掃描測(cè)試對(duì)象的電子處理電路的側(cè)視示意圖；以及
[0014]圖3是操作圖1的示范性探頭的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]參考圖1，例示了超聲波探頭100的透視圖，其包括截頭圓錐形超聲波探頭外殼110中的超聲波換能器101的陣列以及中心超聲波換能器111。盡管這里圖示和描述為單個(gè)超聲波換能器，中心超聲波換能器111可以與多個(gè)超聲波換能器互換。超聲波探頭外殼110中的代表性超聲波換能器105向著測(cè)試對(duì)象103發(fā)射第一超聲波脈沖107，超聲波探頭外殼I1中的代表性超聲波換能器106與第一超聲波脈沖107同時(shí)向測(cè)試對(duì)象103發(fā)射第二超聲波脈沖108。在一個(gè)替代實(shí)施例中，處于超聲波換能器101圓錐形陣列中心的中心超聲波換能器111可用于相對(duì)于測(cè)試對(duì)象103的外表面，與超聲波換能器101的圓錐形陣列發(fā)射的超聲波脈沖同時(shí)發(fā)射垂直超聲波脈沖109。在超聲波換能器101陣列中所有超聲波換能器在工作中都同時(shí)發(fā)射超聲波能量脈沖的意義上，超聲波換能器105、106是具有代表性的。由于從超聲波換能器101陣列中所有的超聲波換能器同時(shí)發(fā)射超聲波能量脈沖導(dǎo)致超聲波脈沖向著探頭軸102收斂，這里將超聲波換能器101的陣列定義為布置成圓錐形式。
[0016]如圖1中所示，超聲波換能器101的陣列布置成圓錐形式并非要限制超聲波換能器的可能配置，因?yàn)槌暡〒Q能器的數(shù)量和布置能夠采取各種量和布局。例如，超聲波換能器101的陣列可以包括一百二十八個(gè)超聲波換能器。如圖1的實(shí)施例中所示，超聲波換能器101的陣列均等分布于圓錐形式的圓形幾何形狀周?chē)Ｔ谝粋€(gè)實(shí)施例中，圓錐形式包括均等分布于以探頭軸102為中心的圓形布置中的超聲波換能器101陣列，其中對(duì)每個(gè)超聲波換能器進(jìn)行取向，使其向著探頭軸102傾斜，因此，所有超聲波換能器發(fā)射的超聲波脈沖向著探頭軸102收斂。中心超聲