[发明专利]宽频超声换能器

说明书

本申请提供了一种宽频超声换能器，包括：壳体；封装于壳体内，位于壳体底部，按某规律排列有多个中心工作频率不同的超声换能单元；处于相邻频带的换能器，具有工作频带相交的频点。所述某规律排列包括：对应频带的频率由低到高，按照中心工作频率由低到高排列该多个中心工作频率不同的超声换能单元。通过多个中心工作频率不同的的压电换能器，使得处于相邻频带换能器在工作时，于频带相交的频点进行激励和接收的转换，从而形成一个在频带上连续、不中断的宽带频率检测的特性。由于宽频的特性，本申请可应用于残余应力梯度检测。

技术领域

本申请涉及超声换能器技术领域，尤其涉及一种宽频超声换能器。

背景技术

机械构件的内部都存在残余应力，残余应力分布不均匀会导致构件的变形和开裂。残余应力的分布状态是机械构件安全性的重要表征，主要反映和决定了机械构件的质量和可靠性状态，因此测量机械构件内部残余应力的分布对于预防机械构件变形开裂而产生安全隐患具有实际的工程意义。

在残余应力的诸多检测方法中，超声残余应力检测方法相较于小孔法、X射线法等检测方法，具有无损伤、检测速度快等优势，方便应用于工程实践现场，因此广泛应用于工程实践领域。以切向残余应力检测为例，超声残余应力检测探头通常由一发一收两对换能器和用来固定探头的楔块共同构成。基于声时差法，改变探头的频率能够实现对不同深度的被测构件残余应力的测量，即被测构件的残余应力梯度测量。

通过更换不同频率的探头实现的对被测构件的残余应力梯度的测量，一方面在工程应用中会耗费一定时间，如果检测位置间隔距离远且数量较多的情况下，不利于进行测量。另一方面，如果将不同频率的探头集成在一起，能够保证在进行残余应力梯度检测时，对应的检测区域是完全相同的，且耦合条件等均完全一致。因此需要制作具有多个频率的宽带超声换能器，从而更好地对残余应力梯度进行测量。

专利文献CN211131145U，名称为一种多频超声换能器，设计了一种压电晶体片组合，提供了一种通过叠加优化多个压电陶瓷晶体片在扫描平面生成的图像，进而获得扫描深度大，近场分辨率高的超声图像的方法。专利文献CN210166349U，名称为一种可发射多频信号的超声探头，提供了一种超声探伤领域针对特定被检测构件盆式绝缘子的内部缺陷检测，而设计的能够同时发射多种信号的超声波专用传感器。

综上所述，目前已有专利方法设计的多频超声换能器主要应用于超声图像的生成以及超声探伤等领域，并非针对测量残余应力。由于使用途径不同，目前缺少应用于残余应力检测领域的换能器，因此需要设计一种检测机械构件残余应力梯度的宽频超声换能器。

发明内容

鉴于现有技术的以上问题，本申请提供一种集成式宽频超声换能器。

为达到上述目的，本申请提供了一种宽频超声换能器，包括：

壳体；

封装于壳体内，位于壳体底部，按某规律排列有多个中心工作频率不同的超声换能单元；

处于相邻频带的换能器，具有工作频带相交的频点。

由上，通过多个中心工作频率不同的的压电换能器，使得处于相邻频带换能器在工作时，于频带相交的频点进行激励和接收的转换，从而形成一个在频带上连续、不中断的宽带频率检测的特性。由于宽频的特性，本申请可应用于残余应力梯度检测。

可选的，所述某规律排列包括：对应频带的频率由低到高，按照中心工作频率由低到高排列该多个中心工作频率不同的超声换能单元。

由上，中心工作频率依次变化时，便于形成频带交叉的宽频分布。

可选的，每个超声换能单元包括由下至上依次设置的：声阻抗匹配层、激励单元、吸声材料层。

可选的，所述激励单元包括压电晶体或压电陶瓷。