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超聲波單晶探頭的結構

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一、壓電晶片
  壓電晶片多為圓板形和方型。如圖所示:
  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。
  壓電晶片的直徑與擴散角成反比。
  壓電晶片的兩面敷有銀層,作為導電的極板,晶片底面接地線,晶片上面接導線引至電路上。

  二、保護膜
  探傷儀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。
  保護膜有軟性保護膜及硬性保護膜兩種。軟性的可用薄塑料膜(厚約0.3毫米),與表面粗糙的工件接觸較好。硬性的可用不銹鋼片或陶瓷片。
  保護膜的厚度,為二分之一波長的整倍數時(在保護膜中的波長),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。
  保護膜的材料性質要注意聲阻抗的匹配,設保護膜的聲阻抗為Z,晶片的聲阻抗為Z1,被測工件的聲阻抗為Z2,條件為:

圖片 1.png

  晶片與保護膜粘合后,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:鄰苯二甲酸二丁醞=100:8:10
  粘合后加一定壓力,放置24小時,再在60℃~80℃溫度下烘千4小時。
  三、阻尼
  阻尼塊又名吸收塊,其作用為降低晶片的機械品質因數Qm,吸收聲能量。如果沒有阻尼塊,電振蕩脈沖停止時,壓電晶片因慣性作用,仍繼續振動,加長了超聲波的脈沖寬度,使盲區增大,分辨力差。如下圖所示。


壓電陶瓷片的振蕩

圖片 4.png

  塊的聲阻抗等于晶片的聲阻抗時,效果最佳,常用的吸收塊配方如下:
  鎢粉:環氧樹脂:二乙烯三胺(硬化劑):鄰苯二甲酸二丁脂(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面,并加熱至60~80℃再行灌澆。環氧樹脂和鎢粉應充分混合均勻。灌澆后把探頭傾斜,使阻尼塊上表面傾斜20°左右,這樣可消除聲波在吸收塊上的反射,使熒光屏上雜波減少。如上圖所示。



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