超声波探头专利技术发展研究

卞庆娜

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东　广州　510000）

超声波探头专利技术发展研究

卞庆娜

（国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心，广东广州510000）

在实际应用中，根据用途和结构特点分类，超声波探头可以分为普通直探头、普通斜探头、组合双晶探头、聚焦探头等，随着科学技术水平的不断提高，为适应工业生产应用需求的超声探头品种还将日益增多。

超声波探头；专利

1　引言

在超声检测技术中应用的压电换能器是多种多样的，但最广泛应用的是厚度振动型的压电换能器（俗称探头），它受激励而产生的超声波是纵波，然后可以利用超声波的折射特性，通过适当的方法实现波型转换，把纵波转换成其他所需要的波型用于检测。探头的性能是超声检测技术中的一个决定性要素，对检测结果有重要的影响。

2　超声波探头主要技术发展

2.1普通直探头

普通直探头俗称平探头或平直探头，其基本结构主要包括：压电晶片、保护膜以及吸收块［1］的功能是发射与接收超声波；保护膜的功能是避免晶片与工件直接接触而磨损晶片，同时也保护晶片不被碰伤，还作为中间介质以改善透声性能；吸收块主要有以下三个方面的功能：（1）作为支承晶片的背衬材料，（2）吸收晶片向背面发射的声波和抑制杂波，（3）吸收（阻尼）晶片的振动能量，缩短晶片的振铃时间，使晶片被发射脉冲激励后能很快停止下来，起到降低机械Q值（Qm）的作用，以保证波形不失真和分辨率的要求。

2.1普通斜探头

普通斜探头压电晶片的功能与直探头相同，用以发射和接收超声波；吸收块的功能除与直探头情况相同外，还增加一项吸收斜楔中楔内回波的功能，以防止楔内回波对晶片的干扰。

2.3组合双晶探头

组合双晶探头在探测时工作于一发一收模式，即由两块晶片分别发射和接收超声波，使超声波的声路有所调整，也可以明显提高检测信噪比。

申请号95239707.2的实用新型专利申请［2］，其公开了一种超声波自动探伤冲水探头，是ZSF-H型超声波全自动钢轨探伤机的配套双晶探头，包括有外壳，三角形切块和晶片，三角形切块斜面上的双晶片与法线的两夹角－入射角为29～31°，外壳盖上设有可与探伤机相接的注水管，外壳底面有与注水管相通的出水槽，外壳底面两端设有耐磨磨块，外壳两端面上有凸耳可与探伤机的夹持器连接。

日本专利（公开号 JP2003-302388A）公开了一种双晶超声波探头［3］，该探头包括发送和接收信号振子，声波延迟材料，声波隔离板，以及位于声波延迟材料外侧的吸声材料。该结构有效的减少了端面回波，可以对材料进行更加准确的超声检测。

2.4聚焦探头

超声聚焦探头能把发出的超声波束会聚成一细束，在焦点处声能高度集中，从而可以大大提高检测灵敏度和分辨率，此外还能降低干扰信号，提高信噪比。

使超声波聚焦的方法主要有两种：

A、直接将晶片制成凹面形，发射的超声波直接聚焦，此时晶片的振动已不完全是如同平面晶片那样的厚度振动，而有弯曲振动等复杂形式出现。

B、在换能器平面压电元件前面加聚焦声透镜，利用几何声学与折射原理，使经过声透镜后的超声波束会聚达到聚焦目的。

申请号200520078774.2的实用新型专利申请［4］，公开了一种空气超声探头，可用于非接触式无损检测。包括同轴电缆，金属外壳，吸收块，压电晶片和绝缘套，还包括匹配层，声聚焦透镜，环形压片，匹配层上端面中间与压电晶片紧贴，声聚焦透镜紧贴匹配层，用金属环形压片将声聚焦透镜和匹配层压紧在压电晶片的表面，再用若干枚螺丝将金属环形压片、匹配层和声聚焦透镜与金属外壳连接在一起。由于采用了硅橡胶声聚焦透镜和镁合金匹配层，透射率提高近40倍，可进行空气超声检测。

日本专利（公开号 JP2008000581 A）公开了一种超声波探头［5］，该超声波探头具有沿扫描方向排列了多个超声波振子的超声波振子部、声透镜和低衰减介质，并进一步具有在内部容纳超声波振子部、声透镜和低衰减介质。在探头壳体内，低衰减介质配置在超声波探头的前端部侧（与被检体的接触面侧），低衰减介质、声透镜和超声波振子部以该顺序来进行配置。由此，通过声透镜来聚束从超声波振子部发送的超声波，并经由低衰减介质发送到探头壳体的外部。来自被检体的反射波经由低衰减介质和声透镜由超声波振子部来加以接收。

3　结语

无损检测与评价技术在我国日常产品质量检验和大量在用工业和民用设备的检验中发挥了十分重要的作用，超声波无损检测作为无损检测中一种重要的检测方法，也越来越受到各行各业的重视。超声波探头的性能直接决定了超声波检测结果的优良程度，几十年来，超声波探头技术已经得到了相当大的发展，并逐渐趋于成熟。但是仍然有一些问题需要解决，如探头的探测范围，检测的灵敏度等，希望在未来的发展中，超声波探头领域能够得到更好的发展，以满足人们日益严格的检测需求。

［1］赵金玲，单晶片水柱水膜直探头，中国，99223302.X，2000-03-22

［2］武进县鸣凰电子器材厂，超声波自动探伤冲水探头，中国，95239707.2，1996-06-26

［3］西北工业大学，空气超声探头，中国，200520078774.2，2006-06-21

TD455

A

1003-5168（2015）11-018-01

卞庆娜（1988－），女，硕士研究生，研究方向:荧光分析。