如何将超声波发射电路原理与超声波探头进行耦合

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超声波发射、接收电路 模块T40-16 图集
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家用电器及其它设备的超声波遥控装置;
超声测距及汽车倒车防撞装置;液面探测;
超声波近接 及其它应用的超声波发射与接收。
是利用超声波的特性研制而成的传感器。超声波是一种振动频率高于声波的机械波,由换能在电压的激励下发生振动产生的,它具有频率高、波长短、绕射现象小,特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。超声波对液体、固体的穿透本领很大,尤其是在阳光不透明的固体中,它可穿透几十米的深度。超声波碰到杂质或分界面会产生显著反射形成反射成回波,碰到活动物体能产生多普勒效应。因此超声波检测广泛应用在工业、国防、生物医学等方面。
以超声波作为检测手段,必须产生超声波和接收超声波。完成这种功能的装置就是超声波传感器,习惯上称为超声,或者超声探头。
超声波探头主要由压电晶片组成,既可以发射超声波,也可以接收超声波。小功率超声探头多作探测作用。它有许多不同的结构,可分直探头(纵波)、斜探头(横波)、表面波探头(表面波)、兰姆波探头(兰姆波)、双探头(一个探头反射、一个探头接收)等。
超声探头的核心是其塑料外套或者金属外套中的一块压电晶片。构成晶片的材料可以有许多种。晶片的大小,如直径和厚度也各不相同,因此每个探头的性能是不同的,我们使用前必须预先了解它的性能。超声波传感器的主要性能指标包括:
(1)工作频率。工作频率就是压电晶片的共振频率。当加到它两端的交流电压的频率和晶片的共振频率相等时,输出的能量最大,灵敏度也最高。
(2)工作温度。由于压电材料的居里点一般比较高,特别时诊断用超声波探头使用功率较小,所以工作温度比较低,可以长时间地工作而不失效。医疗用的超声探头的温度比较高,需要单独的制冷设备。
(3)灵敏度。主要取决于制造晶片本身。机电耦合系数大,灵敏度高;反之,灵敏度低。
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coupling probe
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{电磁} coupling probe
以上来源于:《新汉英大辞典》
根据分析和调查结果,提出了改善探头耦合性的方法。
Based on the results of analysis and investigation, some methods are proposed to improve probe's linkage.
利用光路追踪程序,对于不同光纤参数条件下半椭球形和子弹头形光纤传感探头的耦合特性进行了研究。
Using a ray-tracing code, the coupling characteristics on both elliptic probe and bullet probe are simulated and investigated for different parameter of the optical fiber.
在超声波收发电路中为了提高系统测量精度,分别对脉冲产生电路、驱动电路和超声波探头的耦合电路进行了改进。
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问答题简答题超声波探伤时,探头与工件间为何要加耦合剂?
在实际探伤中,探头与工件有空气存在,超声波很难通过。为了使超声波能很好地向工件发射,探头与工件之间要涂上一层耦合剂。
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价格:¥10元
所在地:江苏南京厂商性质:生产商
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本网采购热线:<font color="#71-
一、超声波探头超声波换能器采用进口镀膜晶片,适用于空气介质中测距、物位检测的电声转换器件。由于换能器的聚焦件采用了多层阻抗匹配、背衬、压电元件频率误差小,具有良好的时间稳定性和温度稳定性、无退极化现象,通带特性好,芯片与声传输器件统一计算基波谐振频率。独创的背衬材料配方,具有良好的振动特性,使换能器有很大的频带宽度,发射和接收灵敏度高,以及较小的脉冲-回波持续时间,获得了最大的等效机电耦合系数。二、探头主要技术参数◇ 中心谐振频率:40kHz&2kHz◇ 静态电容量:P◇ 谐振阻抗:120&O&20&O◇ 频带宽度(-3dB):&Df-3dB &2kHz◇ 工作电压:300~500VP-P◇ 极限电压&1000VP-P◇ 发射波束角:9O度◇ 工作温度:-40~+80℃◇ 盲  区:0.3m◇ 防护等级:IP65开放式,工作频率为40KHz,用于测距电路,价格为每只价格.
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面议西安市超声波探头|北京科威精益科技有限公司
超声波探头
&超声波探头  超声波探头&  一.以构造分类&  1.直探头:单晶纵波直探头 双晶纵波直探头&  2.斜探头:单晶横波斜探头a1&  单晶纵波斜探头 aL&  aL在a1附近为爬波探头&  爬波探头;沿工件表面传输的纵波,速度快、能量大、波长长探测深度较表面波深,对工件表面光洁度要求较表面波松。(频率2.5MHZ波长约2.4mm,讲义附件11、12、17题部分答案)。&  3.带曲率探头:周向曲率 径向曲率。&  周向曲率探头适合---无缝钢管、直缝焊管、筒型锻件、轴类工件等轴向缺陷的检测。工件直径小于2000mm时为保证耦合良好探头都需磨周向曲率。&  径向曲率探头适合---无缝钢管、钢管对接焊缝、筒型锻件、轴类工件等径向缺陷的检测。工件直径小于600mm时为保证耦合良好探头都需磨径向曲率。&  4.聚焦探头:点聚焦 线聚焦。&  5.表面波探头:(当纵波入射角大于或等于第二临界角,既横波折射角度等于90形成表面波).&  沿工件表面传输的横波,速度慢、能量低、波长短探测深度较爬波浅,对工件表面光洁度要求较爬波严格。&  第一章“波的类型”中学到:表面波探伤只能发现距工件表面两倍波长深度内的缺陷。(频率2.5MHZ波长约1.3mm,讲义附件11、12题部分答案)。&  二.以压电晶体分类:&  三.压电材料的主要性能参数:&  1.压电应变常数d33:&  d33=Dt/U在压电晶片上加U这么大的应力,压电晶片在厚度上发生了Dt的变化量,d33越大,发射灵敏度越高(82页最下一行错)。&  2.压电电压常数g33:&  g33=UP/P在压电晶片上加P这么大的应力.在压电晶片上产生UP这么大的电压,g33越大,接收灵敏度越高。&  3.介电常数e:&  e=Ct/A[C-电容、t-极板距离(晶片厚度)、A-极板面积(晶片面积)];&  C小→e小→充、放电时间短.频率高。&  4.机电偶合系数K:&  表示压电材料机械能(声能)与电能之间的转换效率。&  对于正压电效应:K=转换的电能/输入的机械能。&  对于逆压电效应:K=转换的机械能/输入的电能.&  晶片振动时,厚度和径向两个方向同时伸缩变形,厚度方向变形大,探测灵敏度高,径向方向变形大,杂波多,分辨力降低,盲区增大,发射脉冲变宽.(讲义附件16、19题部分答案)。&  声 速: 3240M/S 工件厚度:16.00MM 探头频率:2.500MC&  探头K值:1.96 探头前沿:7.00MM 坡口类型:X&  坡口角度:60.00 对焊宽度:2.00MM 补 偿:-02dB&  判 废:+05dB 定 量:-03dB 评 定:-09dB&  焊口编号:0000 缺陷编号:1. 检测日期:05.03.09&  声 速: 3240M/S 工件厚度:16.00 MM探头频率: 5.00MC&  探头K值:1.95 探头前沿: 7.00MM 坡口类型:X&  坡口角度:60.00 对焊宽度: 2.00MM 补 偿:-02dB&  判 废: +05dB 定 量: -03dB 评 定:-09dB&  焊口编号:0000 缺陷编号:1. 检测日期:05.03.09&  5.机械品质因子qm:&  qm=E贮/E损,压电晶片谐振时,贮存的机械能与在一个周期内(变形、恢复)损耗的能量之比称……损耗主要是分子内摩擦引起的。&  qm大,损耗小,振动时间长,脉冲宽度大,分辨力低。&  qm小,损耗大,振动时间短,脉冲宽度小,分辨力高。&  6.频率常数Nt:&  Nt=tf0,压电晶片的厚度与固有频率的乘积是一个常数,晶片材料一定,厚度越小,频率越高.(讲义附件16、19题部分答案)。&  7.居里温度Tc:&  压电材料的压电效应,只能在一定的温度范围内产生,超过一定的温度,压电效应就会消失,使压电效应消失的温度称居里温度(主要是高温影响)。&  8.超声波探头的另一项重要指标:信噪比---有用信号与无用信号之比必须大于18dB。(为什么?)&  四.探头型号(应注意的问题)&  1.横波探头只报K值不报频率和晶片尺寸。&  2.双晶探头只报频率和晶片尺寸不报F(菱形区对角线交点深度)值。&  例:用双晶直探头检12mm厚的板材,翼板厚度12mm的T型角焊缝,怎样选F值?&  讲义附件(2题答案)。&  五.应用举例:&  1.斜探头近场N=a&b&COSb/plCOSa。 λ=CS/&.&  直探头近场N=D/4l。λ=CL/&.&  2.横波探伤时声束应用范围:1.64N-3N。&  纵波探伤时声束应用范围:&sup3;3N。&  双晶直探头探伤时,被检工件厚度应在F菱形区内。&  3.K值的确定应能保证一次声程的终点越过焊缝中心线,与焊缝中心&  线的交点到被检工件内表面的距离应为被检工件厚度的三分之一。&  4.检测16mm厚的工件用5P9×9K2、2.5P9X9K2、2.5P13X13K2那一种探头合适(聚峰斜楔).以5P9X9K2探头为例。&  (1).判断一次声程的终点能否越过焊缝中心线?&  (焊缝余高全宽+前沿)/工件厚度&  (2).利用公式:&  N?(工件内剩余近场长度)=N(探头形成的近场长度)—N?(探头内部占有的近场长度)=axbxcosβ/πxλxcosα–Ltgα/tgβ,计算被检工件内部占有的近场长度。讲义附件(14题答案)。&  A. 查教材54页表:&  材料&  K值&  1.0&  1.5&  2.0&  2.5&  3&  有机玻璃&  COSb/COSa&  0.88&  0.78&  0.68&  0.6&  0.52&  聚砜&  COSb/COSa&  0.83&  0.704&  0.6&  0.51&  0.44&  有机玻璃&  tga/tgb&  0.75&  0.66&  0.58&  0.5&  0.44&  聚砜&  tga/tgb&  0.62&  0.52&  0.44&  0.38&  0.33&  COSb/COSa、tga/tgb与K值的关系&  查表可知cosβ/cosα=0.6,tgα/tgβ=0.44,计算可知α=41.35°.&  B. λ=Cs/?=3.24/5=0.65mm&  C.&  参考图计算可知:&  tgα=L1/4.5,L1=tg41.35°X4.5=0.88X4.5=3.96mm.&  cosα=2.5/L2,L2=2.5/cos41.5°=2.5/0.751=3.33mm,&  L=L1+L2=7.3mm,Ltgα/tgβ=7.3×0.44=3.21mm,(N?)&  由(1)可知,IS=35.8mm,2S=71.6mm&  N=axbxcosβ/pxλxcosa=9×9×0.6/3.14×0.65=23.81mm,&  1.64N=39.1mm,3N=71.43mm.&  工件内部剩余的近场(N?)=N-N?=20.6mm(此范围以内均属近场探伤).&  (1.64N-N?)与IS比较,(3N-N?)与2S比较,&  使用2.5P13X13K2探头检测16mm厚工件,1.64N与3N和5P9X9K2探头基本相同,但使用中仍存在问题,2.5P9X9K2探头存在什么问题?&  一.探伤过程中存在的典型问题:&  不同探头同一试块的测量结果&  反射体深度&  1#探头&  2#探头&  &&&  横波折射角&  声程&  横波折射角&  声程&  mm&  ()&  mm&  ()&  mm&  20&  21.7&  21.7&  32.8&  24.3&  40&  24.4&  45.0&  32.5&  49.8&  60&  25.8&  70&  30.9&  75.6&  80&  28.9&  101.8&  29.1&  102.0&  注:1.晶片尺寸13&132.晶片尺寸10&20.&  试验中发现:同一探头(入射角不变)在不同深度反射体上测得的横波折射角不同,进一步试验还发现,折射角的变化趋势与晶片的结构尺寸有关,对不同结构尺寸的晶片,折射角的变化趋势不同,甚至完全相反,而对同一&  晶片,改变探头纵波入射角,其折射角变化趋势基本不变,上表是两个晶片尺寸不同的探头在同一试块上测量的结果.&  1#探头声束中心轨迹 2#探头声束中心轨迹&  1.纵波与横波探头概念不清.&  第一临界角:由折射定律SinaL/CL1=SinbL/CL2,当CL2&CL1时,bL&aL,随着aL增加,bL也增加,当aL增加到一定程度时,bL=90,这时所对应的纵波入射角称为第一临界角aI,&  aI=SinCL1/CL2=Sin.6,当aL&  第二临界角:由折射定律SinaL/CL1=SinbS/CS2,当Cs2&CL1时,bS&aL,随着aL增加,bS也增加,当aL增加一定程度时,bS=90,这时所对应的纵波入射角称为第二临界角aⅡ.aⅡ=SinCL1/CS2=Sin.7.当aL=aI--aⅡ时,第二介质中只有折射横波S,没有折射纵波L,常用横波探头的制作原理。&  利用折射定律判断1#探头是否为横波探头。&  A.存横波探伤的条件:Sin27.6/2730=Sinb/3240,&  Sinb=Sin27.6&.55,b=33.36,K=0.66。&  B.折射角为21.7时:&  Sina/2730=Sin21.7/3240,Sina=Sin21.7&,a=18.15,&  小于第一临界角27.6。&  折射角为28.9时:&  Sina/2730=Sin28.9/3240,Sina=Sin28.9&,a=24,也小于第一临界角27.6。&  C.如何解释1#探头随反射体深度增加,折射角逐渐增大的现象,由A、B&  可知,1#探头实际为纵波斜探头,同样存在上半扩散角与下半扩散角,而且上半扩散角大于下半扩散角。(讲义附件9题答案)。&  纵波入射角aL由0逐渐向第一临界角aI(27.6)增加时,第二介质中的纵波能量逐渐减弱,横波能量逐渐增强,在声束的一定范围内,q下区域内的纵波能量大于q上区域内的纵波能量,探测不同深度的孔,实际上是由q下区域内的纵波分量获得反射回波最高点。&  由超声场横截面声压分布情况来看,A点声压在下半扩散角之内,B点声压在上半扩散角之内,且A点声压高于B点声压。再以近场长度N的概念来分析,2.5P13&13K1探头N=36.5mm,由此可知反射体深度20mm时,声程约21.7mm,b=21.7时N=40.07mm为近场探伤。&  在近场内随着反射体深度增加声程增大,A点与B点的能量逐渐向C点增加,折射角度小的探头角度逐渐增大,折射角度大的探头角度逐渐减少。&  2.盲目追求短前沿:&  以2.5P13&13K2探头为例,b=15mm与b=11mm,斜楔为有机玻璃材料;&  (1).检测20mm厚,X口对接焊缝,缺陷为焊缝层间未焊透.&  (2).信噪比的关系:有用波与杂波幅度之比必须大于18dB.&  (3).为什么一次标记点与二次标记点之间有固定波?&  由54页表可知:COSb/COSa=0.68,K2探头b=63.44°,&  COS63.44°=0.447,COSa=0.447/0.68=0.66,&  COSa=6.5/LX,前沿LX=6.5/0.66=9.85mm。(讲义附件6题答案)。&  3.如何正确选择双晶直探头:&  (1).构造、声场形状、菱形区的选择;&  (2).用途:为避开近场区,主要检测薄板工件中面积形缺陷.&  (3).发射晶片联接仪器R口,接收晶片联接T口(匹配线圈的作用).&  4.探头应用举例:&  二.超声波探头的工作原理:&  1.通过压电效应发射、接收超声波。&  2.640V的交变电压加至压电晶片银层,使面积相同间隔一定距离的两块金属极板分别带上等量异种电荷形成电场,有电场就存在电场力,压电晶片处在电场中,在电场力的作用下发生形变,在交变电场力的作用下,发生变形的效应,称为逆压电效应,也是发射超声波的过程。&  3.超声波是机械波,机械波是由振动产生的,超声波发现缺陷引起缺陷振动,其中一部分沿原路返回,由于超声波具有一定的能量,再作用到压电晶体上,使压电晶体在交变拉、压力作用下产生交变电场,这种效应称为正压电效应,是接收超声波的过程。正、逆压电效应统称为压电效应。&  ※以仪器的电路来说,只能放大电压或电流信号,不能放大声信号。&  四.试块:※强调等效试块的作用。&  1.常用试块的结构尺寸、各部位的用途,存在问题;(讲义附件8、10、13、18题答案)。&  2.三角槽与线切割裂纹的区别;3.立孔与工件中缺陷的比较:、&  4.几种自制试块的使用方法;&  A.奥氏体试块:&  B.双孔法校准(主要用于纵波斜探头探伤,如螺栓)(讲义附件5、7题答案)。&  计算公式:令h2/h1=n;&  a=[n(t1+f/2)-(t2+f/2)]/(n-1)……1式&  t1与t2为一次声程分别发现h1与h2孔时的声程(包含a);&  COSb=h1/(t1+f/2-a),b=COSh1/(t1+f/2-a);&  tgb=K,K=tgCOSh1/(t1+f/2-a) ……2式&  b=(L2-nL1)/(n-1) ……3式&  C.外圆双孔法校准原理(外径f&100mm的工件周向探伤用):&  计算公式:q=( -)180/Rp…… 1式&  ……2式&  j=Sin[Sinq(R-h2)/A&B]……3式&  b=Sin(R-h1)Sinj/R…… 4式&  tgb=K=tgSin(R-h1)Sinj/R…… 5式&  =&ETH;eR/57.3-…… 6式&  &ETH;e=&ETH;j-&ETH;b.&  D.双弧单孔法校准(外径Φ&100mm的工件周向探伤用):&  (1)距离校准同CSK-ⅠA校圆弧;&  (2).K值校准b=COS[R2+(S+f/2)-(R-h)]/2R2(S+f/2)tgb=K&  (讲义附件3、15题答案)。&  五.常用的两种探伤方法:&  1.曲线法;&  2.幅值法.上一篇:下一篇:
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