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超声相控阵复合材料探头晶片

在超声无损检测发展的最初几十年中,所用探头的基本结构为实心圆盘形石英或压电陶瓷材料。近些年来,复合材料探头作为一种可替代传统探头的新型探头,被开发使用。虽然制造这些探头的费用增加了,且探头的价格较贵,但是它们具有如下优势:极大地增加了灵敏度,比同类常规晶片的灵敏度高出12 dB,同时还保持了较宽带宽的特性,以及相对较快的脉冲恢复时间。

复合材料探头的制作方式是将标准压电材料分成小块嵌于栅格状的平面中。小块晶片之间的空隙由环氧树脂材料填充,环氧树脂材料的底部被磨掉,从而形成一系列微小的压电块镶嵌在环氧树脂材料矩阵中的格局。然后将两侧做成镀层,以便于进行电接触。根据所要制造的探头类型,原材料被切割成正方形、矩形或圆形。

相控阵探头晶片复合材料

控阵探头晶片复合材料

在制成的、包含很多压电块的探头晶片中,每个微小的压电块都会作为点源,发射球面波前,根据惠更斯原理,这些球面波前汇合在一起形成一个单个声波。与实心圆盘或平面中心的固定点相比,单个压电块可以更自由地扩展和收缩,从而增强了探头的灵敏度。此外,环氧树脂材料的采用降低了探头的声阻抗,从而使声束与楔块、延迟块、水,以及诸如复合材料和聚合物等非金属检测材料的耦合更为有效。这种探头所存在的一个潜在问题是在直接接触的检测中来自更自由的谐振探头的近场分辨率。这种特殊的探头制造技术具有特殊的意义,因为它确立了超声相控阵探头构建和波前等效结构的基准线。


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