[实用新型]一种双层PVDF压电薄膜线聚焦超声探头

说明书

技术领域：

一种采用双层PVDF压电薄膜为换能元件的线聚焦超声探头，用于纵波波速及漏表面波波速的测量，进而实现对材料力学性能的评价，属于无损检测技术领域。

背景技术：

材料科学发展迅速，各种新型材料不断涌现，许多材料表现出超常的力学性能，如：纳米铜或钯的块体材料其硬度比常规材料提高50倍，屈服强度提高12倍；纳米碳化硅的断裂韧性比常规材料提高100倍；纳米铁多晶体的断裂强度比常规铁高12倍；纳米铜离子密堆的铜片，具有惊人的超延展性，达到5100％，远远超出相同纯度的普通铜片的延展性。要准确评价各种新型材料的力学性能，就必须对材料进行力学性能测试。然而许多新型材料受特殊的制备工艺所致具有一次成型、尺寸小、制造成本高等特点，如目前所能制备的块体纳米材料，其尺寸大约为：直径小于100mm，厚度小于10mm，且根据不同的工艺，所能制备的尺寸也不相同。在这种情况下，对材料进行力学性能测试，无法采用如破坏试验等常规的力学性能测试方法。探索和开发新型的测试方法与仪器成为国内外学者的研究热点。近年来，人们研究并提出了许多新型力学性能测试方法，如：纳米压痕技术、声学显微镜技术、表面声波技术、激光超声技术等。

声学显微镜是为对材料内部特性进行高分辨率成像而设计，其主要目的是研究材料内部不同点的力学性能差异，其侧重点在于研究材料的微观特性，优点在于其高分辨率，其结构特点为均采用传统的压电陶瓷或压电晶体为换能元件，通过球面声透镜将超声波聚焦为点，孔径较小，设备复杂而昂贵，且无法用于对材料的各向异性的分析。而对于材料弹性常数的测量及各向异性的分析，往往更关心材料的宏观特性，高分辨率并不是必须的，因此，针对小尺寸材料弹性常数测量及各向异性分析，设计一种简单实用的线聚焦探头对于材料力学性能的评价很有必要。

专利ZL.2005200053518提出了一种可以同时测量表面波波速和纵波波速的单层PVDF薄膜线聚焦探头，此类探头通过同时测量材料表面波波速和纵波波速，可以用于小尺寸材料弹性常数测量，探头包括有压电元件、浇铸于压电元件上的背衬层及由壳体和壳盖组成的外壳几个主要部分。此型探头中的换能元件采用单层PVDF薄膜，既作为激励换能器，又作为接收换能器。在实际使用过程中，PVDF薄膜先作为激励换能器激励出超声波激励，经历一定时间间隔后，又要作为接收换能器接收超声波回波。PVDF薄膜会被较强电信号激励，激励后会出现饱和现象，饱和将持续一段时间，此时间内PVDF将无法正常接收超声波回波。因此，此型探头存在较大的测量盲区，使用中，在探头与试件距离较近时不能得到正常检测效果。

实用新型内容：

本实用新型的目的是研制一种双层PVDF压电薄膜线聚焦超声探头，分别通过专用的激励层和接收层，产生和接收超声信号，可以用于测量材料表面波波速和纵波波速，进而测量材料的弹性常数(杨氏模量和泊松比)，克服单层PVDF薄膜线聚焦探头测量盲区大的缺点，在探头与被测试件相距较近时仍然获得较好的实验效果。

一种双层PVDF压电薄膜线聚焦超声探头，如图1所示，探头包括有探头外壳、激励用压电元件、接收用压电元件、保护层、激励接收耦合层、背衬层、激励信号输入通道和接收信号输出通道。

其特征在于：

所述的探头外壳为中空立方体下表面经过加工为上凹弧形的壳体6顶部配合壳盖3组成；

所述的激励用压电元件为上表面附着激励用压电元件负电极11并下表面附着激励用压电元件正电极12的激励用PVDF压电薄膜14；

所述的接收用压电元件为上表面附着接收用压电元件正电极9并下表面附着接收用压电元件负电极10的接收用PVDF压电薄膜7；

所述壳体6下表面弧度大于待测材料的瑞利角的两倍；

所述激励用PVDF压电薄膜14紧密粘附在壳体6下表面，呈与壳体6下表面弧度一致的上凹弧形；

所述激励接收耦合层8紧密粘附在激励用PVDF压电薄膜14上表面，呈与激励用压电薄膜14上表面弧度一致的上凹弧形；

所述接收用PVDF压电薄膜7紧密粘附在激励接收耦合层8上表面，呈与激励接收耦合层8上表面弧度一致的上凹弧形；

所述保护层13紧密附着于激励用PVDF压电薄膜14下表面，呈与激励用PVDF压电薄膜14下表面弧度一致的上凹弧形；

所述激励信号输入通道由激励信号输入通道的信号正极通路和激励信号输入通道的信号负极通路组成；

所述激励信号输出通道由激励信号输出通道的信号正极通路和激励信号输出通道的信号负极通路组成；