超聲波探傷儀探頭（傳感器）的主要作用及其分類

超聲波探傷儀探頭（傳感器）的主要作用及其分類

超聲波探傷儀探頭的主要作用：一是將返回來的聲波轉換成電脈衝；控製超聲波的傳播方向和能量集中的程度，當改變超聲波探頭入射角或改變超聲波的擴散角時，可使聲波的主要能量按不同的角度射入介質內部或改變聲波的指向性，提高分辨率；；三是實現波形轉換；四是控製工作頻率，適用於不同的工作條件。

超聲波探傷儀探頭主要由插座、外殼、保護膜、壓電晶片、吸聲材料等組成。探頭可發射及接收超聲波。探頭由於其結構的不同可分為直探頭（縱波）、斜探頭（橫波）、表麵波探頭（表麵波）、蘭姆波探頭（蘭姆波）、可變角探頭（縱波、橫波、表麵波、蘭姆波）、雙晶探頭（一個探頭發射，另一個探頭接收）、聚焦探頭（將聲波聚集為一細束）、水浸探頭（可浸在液體中）以及其它專用探頭（如探高壓瓷瓶的S型或扁平探頭或探人體用的醫用探頭）等。

1、超聲波探傷儀探頭之一：直探頭

     直探頭也稱平探頭，可發射及接受縱波。

     直探頭主要由壓電晶片、阻尼塊（吸收塊）及保護膜組成。

（1）壓電晶片：壓電晶片的厚度與超聲頻率成反比。例如鋯鈦酸鉛（PZT-5）的頻率厚度常數為1890千赫/毫米， 晶片厚度為1毫米時，自然頻率為1.89兆赫，厚度為0.7毫米時，自然頻率約2.5兆赫。電壓晶片的直徑與擴散角成反比。電壓晶片兩麵敷有銀層，作為導電的極板，晶片底麵接地線，晶片上麵接導線引至電路上。

（2）保護膜：直探頭為避免晶片與工件直接接觸而磨損晶片，在晶片下粘合一層保護膜，有軟性保護和硬性保護 兩種。軟性的可用塑料薄膜（厚約0.3毫米），與表麵粗糙的工件接觸較好。硬性可用不鏽鋼片或陶瓷片。保護膜的厚度為二分之一波長的整數倍，聲波穿透率最大。厚度為四分之一波長的奇數倍時，穿透率最小。晶片與保護膜粘合後，探頭的諧振頻率將降低。保護膜與晶片粘合時，粘合層應盡可能的薄，不得滲入空氣。粘合劑的配方為 618環氧樹脂：二乙烯三胺：鄰苯二甲酸二丁酯=100：8：10 粘合後加一定的壓力，放置24小時，再在60℃~80℃溫度下烘幹4小時。

（3）阻尼塊：阻尼塊又名吸收塊，其作用為降低降低晶片的機械品質係數，吸收聲能量。如果沒有阻尼塊，電振蕩脈衝停止時，壓電晶片因慣性作用，仍繼續振動，加長了超聲波的脈衝寬度，使盲區增大，分辨力差。吸收塊的聲阻抗等於晶片的聲阻抗時，效果最佳，常用的吸收快配方如下 鎢粉：環氧樹脂：二乙烯三胺（硬化劑）：鄰苯二甲酸二丁酯（增塑劑）=35克：10克：0.5克：1克 為使晶片和阻尼塊粘合良好，在灌澆前先用丙酮清洗晶片和晶片座表麵，並加熱至60℃~80℃再行灌澆。環氧樹脂和鎢粉應充分混合均勻。灌澆後把探頭傾斜，使阻尼塊上表麵傾斜20°左右，這樣可消除聲波在吸收塊上的發射，使熒光屏上雜波減少。

2、超聲波探傷儀探頭之二：斜探頭

      斜探頭可發射及接收橫波。 斜探頭主要由壓電晶片、阻尼塊和斜楔塊組成。晶片產生縱波，經斜楔傾斜入射到被測工件中，轉換為橫波。斜楔為有機玻璃，被測工件為鋼，斜探頭的角度（即入射角）在28°~61°之間時，在鋼中可產生橫波。斜楔的形狀應使聲波在斜楔中傳播時不得返回晶片，以免出現雜波。直探頭在液體中傾斜入射工件時，也能產生橫波。

3、超聲波探傷儀探頭之三：表麵波探頭

     表麵波探頭可發射和接收表麵波。

     表麵波探頭是斜探頭的一個特例。當入射角增大到某一角度，使在工件中橫波的折射角為90°時，在工件中可產生表麵波，直探頭在液體中傾斜入射工件時，也能產生表麵波。

4、超聲波探傷儀探頭之四：蘭姆波探頭

      蘭姆波探頭可發射和接收蘭姆波，也是斜探頭的一個特例。當入射角達到一定角度時，在工件中產生蘭姆波，直探頭在液體中傾斜入射工件時，也能產生蘭姆波。

5、超聲波探傷儀探頭之五：可變角探頭

     可變角度探頭，允許用戶調節晶片的入射角度。可調節範圍從 0度到 90度，隨著晶片入射角度的改變，在被檢測的工件中產生相應折射角的縱波，橫波，表麵波和蘭姆波。壓電晶片固定在半圓楔塊上，半圓楔快又置於大楔塊的圓洞內，空隙處注有油，以作導聲耦合劑。半圓楔塊轉動時，入射角即改變。

6、超聲波探傷儀探頭之六：雙晶探頭

      雙雙晶探頭，又稱組合探頭，兩塊壓電晶片裝在一個探頭架內，一個晶片發射，另一個接收。雙探頭發射及接收縱波，晶片下的延遲塊使聲波延遲一段時間後射入工件，這樣可探測近表麵的缺陷並可提高分辨力。兩塊晶片有一傾角（一般約3°~18°），兩晶片聲場重合部分（陰影部分），是探傷靈敏度較高的部位。

7、超聲波探傷儀探頭之七：水浸探頭

      水浸探頭可在水中探傷，其結構與直探頭相似，隻是探頭較長，以便浸在水中，保護膜也可去掉，由聲透鏡替代，前端為瓦狀聲透鏡的是線聚焦探頭，前端為球麵聲透鏡的是點聚焦探頭。探頭發射縱波，但在液體中傾斜入射到工件時，由於入射角的不同，在工件中可產生橫波、表麵波或蘭姆波，根據需要而定。

      水浸探頭通常用於半自動或者自動化探傷係統中。工件和探頭浸入水中，探頭與工件的檢測麵之間保持一定距離的“水延遲”。探頭並不直接接觸工件，因此不規則的、幾何形狀複雜的或者表麵粗糙的工件探傷成為可能。

8、超聲波探傷儀探頭之八：充水探頭

      充水探頭由水套、探頭芯、水嘴等組成。工作方式為部分水浸式，隻是將探頭的聲束發射/接收麵浸入水中，通過水嘴將連續流動的水充入水套中，在探頭芯與工件接觸麵形成薄薄的一層水膜作為耦合劑。

9、超聲波探傷儀探頭之九：聚焦探頭

      聚焦探頭可將超聲波聚集成一細束（線狀或點狀），在焦點處聲能集中，可提高探傷靈敏度及分辨力。聚焦探頭多用於液浸法自動化探傷。探頭發射縱波，但在液體中傾斜入射到工件時，由於入射角的不同，在工件中可產生橫波、表麵波或蘭姆波，根據需要而定。

       超聲聚焦有兩種方法：一種是將壓電晶片做成凹麵，發射的聲波直接聚焦，稱為自聚焦探頭；一種由直探頭和聲透鏡組成，聲透鏡的作用就是實現波束聚焦，稱為透鏡聚焦探頭。聚焦探頭具有良好的方向性，適用於檢測曲麵零件缺陷和一定深度的缺陷。

10、超聲波探傷儀探頭之十：延遲塊探頭

      延遲塊探頭其結構與直探頭相似，通過在探頭下方加裝延時塊，以提供不同的超聲波檢測功能和選項。延時塊根據需求設計，有可拆卸延遲塊、表麵保護膜和橡膠延時塊等選項。

      帶延遲塊探頭的主要功能是利用探頭晶片與工件表麵之間的時間延遲，這樣能夠提高表麵分辨率。帶延遲塊探頭設計用於高精度厚度的測量，超薄工件等應用材料和複合材料的分層檢測，因此，常采用10MHz/15MHz/20MHz等高頻率，超高頻超聲波探頭需具備窄脈衝寬頻的特性，在薄板金屬構件或焊接接頭超聲檢測中具有較高的精度和實用性。使用耐高溫材料的延時塊還可以製作成用於高溫材料檢測的高溫超聲波探頭。