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超声相控阵探头的内部结构与探头特性

1、相控阵探头的内部结构


相控阵探头可以有各种尺寸、形状、频率及晶片数量,所有这些探头的共同特点是都装有一个被分割成若干段的压电晶片。

用于工业NDT应用的现代相控阵探头一般由压电复合材料构建,具体地说就是许多细小、极薄的压电陶瓷棒被嵌在聚合物矩阵中。虽然制造这种探头会复杂一些,但是与在其它方面设计相似的压电陶瓷探头相比,这种复合材料探头在一般情况下可提供的灵敏度会高出10 dB到30 dB。分成小段的金属镀层用于将条状的复合材料分割成若干可单独接收电子脉冲的激励的晶片个体。这个被分割成小段的晶片被装入探头组合件中。探头组合件包含一个保护性匹配层、一个背衬层、线缆连接器以及一个整体外壳。

 

2、相控阵探头的特性


相控阵探头根据以下基本参数从功能上被分成不同的类别:

类型:大多数相控阵探头属于角度声束类型,与塑料楔块、平直塑料靴(即零度楔块)或延迟块一起使用。此外,还有直接接触式探头和水浸式探头。
频率:超声缺陷探测一般使用2 MHz 到10 MHz 之间的频率,因此大多数相控阵探头都属于这个频率范围。此外,还有频率更低或更高的探头。与常规探头一样,相控阵探头的穿透性能会随着频率的降低而增加,而分辨率及聚焦锐利度会随着频率的升高而增强。

晶片数量:最常见的相控阵探头一般有16到128个晶片,有些探头的晶片多达256个。随着晶片数量的增多,声波聚焦与电子偏转的能力会增强,同时检测所覆盖的区域也会扩大,然而探头和仪器的成本费用也会增加。每个晶片被单独激励,以创建希望得到的波前。因此这些晶片排列方向的维度通常被称为主动方向或偏转方向。
晶片尺寸:随着晶片宽度的减小,声束电子偏转的性能会增强,但是要覆盖大区域就需要有更多的晶片,因此费用也会增加。

相控阵探头的维度参数一般被定义如下:

相控阵探头晶片
仪器软件使用这些信息生成所需的声束形状。 如果探头识别软件没有将这些信息自动输入到仪器中,则用户在设置过程中要输入这些信息。


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