超声探头故障判断及解决方案

超声探头故障判断及解决方案
超声探头故障判断及解决方案

超声探头故障判断及解决方案

孟建明

(广州市多得医疗设备维修服务有限公司,广东广州)

【摘要】超声探头是超声诊断仪在检查、穿刺取病理标本、碎石定位不可缺少的工具,使用频繁,要求使用技术含量、参数高,在超声诊断仪上属于损耗品。

【关键字】超声探头超声换能器声透镜匹配层阵元晶体压电陶瓷护套电缆接插件 IC 手柄外壳声头外壳二维 3D 三维 4D 四维油囊灌注报错死机起泡破损脱落老化腐蚀缺失

衰减维修更换

Diagnosis of The Ultrasound Probe Error and the Solution Program of

It

Ultrasound project supervisor:JianMing Meng

Guangzhou DODODO Medical Equipment Service Co. LTD.Guangdong Guangzhou 【Abstract】Ultrasound diagnostic ultrasound probe is in check, puncture pathological specimens, grave l locate an indispensable tool, used frequently requires the use of technical content, the parameter is h igh, the loss of items belonging to diagnostic ultrasound.

【Key words】Ultrasonic probe; Ultrasonic transducer; Lens; Matching layer;Element Crystal ;Piezoelectric cer amic; Cable socket connector ;

IC; Handles ;Shell; 2-dimensional ;3D ;Three-dimensional ; Four-dimensional ; 4D ; Oil capsule; Perfusi on Error; Crash; Bubble ; Damaged ;

Take off ; Aging ; Corrosion ;Missing ;Attenuation ;Service ; Change

超声探头常见故障有:1、声透镜问题;2、匹配层问题;3、阵元问题;4、手柄外壳问题;5、电缆问题;6、护套问题;7、接插件问题;8、3D\4D探头问题。

1、声透镜问题:

A透镜起泡:现象:空载时图像出现回波短缺,使用过程中出现反白;原理:声波在空气中不传播。

判断:将探头用力压住起泡的透镜地方,超声反射回波正常。

解决方案:更换声透镜。

B透镜破损:现象:声透镜有明显的破损,空载时图像出现回波不齐,使用过程中正常。

解决方案:更换声透镜。

2、匹配层问题:

A匹配层脱落:现象:空载时图像无回声,使用过程中出现反白,判断:将探头用力压住超声反射回波正常。(和透镜起泡现象几乎相识,不同之处是透镜材料为硅胶本性手感软,匹配层和透镜之间是用硅橡胶粘贴,匹配层制作材料为几十种粉末调胶而制固化后为硬质材质,当匹配层和阵元脱落时还和透镜粘贴在一起,当用手挤压时有反弹现象)。

解决方案:更换匹配层和声透镜。(特殊探头除外,由于匹配层的作用非常重要,如果不是原厂生产阵元时根据阵元的特性相匹配制作,在维修过程中无法找到正确参数,更换完毕会导致图像明显下降10%-20%,建议更换阵元)

B匹配层老化、腐蚀:现象:空载时图像无回声,使用过程中出现反白,判断:将探头用力压住起泡的透镜地方,超声反射回波正常,表面显现是透镜起泡一样,但当把透镜揭开发现透镜不是和匹配层很顺利的从粘贴出脱开,而是把部分匹配层材料一起扯了一层下来,再检测发现匹配层材料已老化、腐蚀,导致透镜脱离。

解决方案:更换阵元。(理由:由于匹配层和阵元之间使用固化胶粘贴,无法将匹配层与阵元撕开,阵元材料为切断的压电陶瓷材料,在去除匹配层时会拉断阵元)

3、阵元问题:

A阵元缺失:现象:空载时出现图像回声区有黑道,打图时出现黑影;判断:拿一根圆柱型金属棒(禁止利器),在探头上划过,阵元缺失时会出现无回波。

解决方案:更换阵元。

B阵元衰减:现象:空载时回波暗淡,打图时图像模糊看不清,。原理:压电陶瓷换能器属于电子产品,都有寿命,故使用时间长了产生老化,在压电陶瓷材料中含有一种原料叫锆钛酸铅里面有种元素叫电畴,该电畴形状像大米粒,在制造过程中需要高压极化,使得该元素排列整齐,由于使用时间久了后,该元素开始发生不规则的排列,导致出现衰减现象)

解决方案:更换阵元

4、手柄外壳问题:

A声头外壳更换:

a、声头外壳开裂:现象:声头前端四角、四周出现外壳开裂;(如果开裂严重,长时间不处理,偶

合剂进去后导致阵元腐蚀老化、阵元焊接口断开)

解决方案:更换声头外壳

b、更换阵元导致声头外壳更换:现象:在更换阵元时有些声头外壳无法打开(灌注)

解决方案:更换声头外壳

B手柄外壳更换:

a、维修电缆时导致更换手柄外壳:现象:有些探头的外壳里属于灌注,这样在维修电缆时需要打开

手柄外壳导致破坏性的打开

解决方案:更换手柄外壳

b、更换阵元时导致更换手柄外壳:现象:有些探头的外壳里属于灌注,这样在阵元时需要打开手柄

外壳导致破坏性的打开

解决方案:更换手柄外壳

5、电缆问题:

A维修电缆:现象:明显断开引起的阵元缺失、电缆短路导致机器报错、死机、探头使用过程久了使得电缆出现折断、脱皮现象;

解决方案:维修电缆

B电缆更换:现象:整条电缆老化、脱皮、电缆中部断裂

解决方案:更换电缆

6、护套问题:

护套断裂:现象:护套出现脱落或断裂

解决方案:更换护套

7、接插件问题:

IC故障:现象:死机、不识别、图像整体分段缺失;判断:插上探头机器报错:不支持该探头;

导致转换探头时死机现象发生;空载时出现有一半图像显示正常,一半无反射回波。

解决方案:更换IC

8、3D\4D探头问题:

A、油囊破裂、漏油:现象:人为不小心碰撞或日久磨损导致油囊破裂、漏油

解决方案:更换油囊、注油

B、二维图像缺失:原理:三维探头的制造原理是在二维探头的基础上加步进电机,使得阵元可以

摆动,我们所直观看到的三维探头外表是球形油囊,实际上在油囊的里面是一个二维探头,当使用过程中出现图像阵元缺失时,就是二维探头阵元的问题

解决方案:更换阵元

C、三维报错、死机:现象:在使用三维探头做二维图像时正常,当启动三维功能时出现报错或死机;

解决方案:维修IC、更换步进电机

参考文献:无

广州市多得医疗设备维修服务有限公司

超声项管:孟建明

2011.08.28

焊缝探伤超声波探头的选择方案参考

焊缝探伤超声波探头的选择方案参考 编号被测工件厚度选择探头和斜率选择探头和斜率 14—5mm6×6 K3 不锈钢:1.25MHz 铸铁:0.5—2.5 MHz 普通钢:5MHz 26—8mm8×8 K3 39—10mm9×9 K3 411—12mm9×9 K2.5 513—16 mm9×9 K2 617—25 mm13×13 K2 726—30 mm13×13 K2.5 831—46 mm13×13 K1.5 947—120 mm13×13( K2—K1) 10121—400 mm18×18 ( K2—K1) 20×20 ( K2—K1) 超声波探伤在无损检测焊接质量中的作用 焊缝检验方法: 1,外观检查. 2,致密性试验和水压强度试验. 3,焊缝射线照相. 4,超声波探伤. 5,磁力探伤. 6,渗透探伤.关于返修规定:具体情况具体对待,总之要力争减少返修次数在厂房建设及设备安装中大量使用钢结构,钢结构的焊接质量十分重要,无损检测是保证钢结构焊接质量的重要方法。 无损检测的常规方法有直接用肉眼检查的宏观检验和用射线照相探伤、超声波探伤、磁粉探伤、渗透探伤、涡流探伤等仪器检测。肉眼宏观检测可以不使用任何仪器和设备,但肉眼不能穿透工件来检查工件内部缺陷,而射线照相等方法则可以通过各种各样的仪器或设备来进行检测,既可以检查肉眼不能检查的工件内部缺陷,也可以大大提高检测的准确性和可靠性。至于用什么方法来进行无损检测,这需根据工件的情况和检测的目的来确定。 那么什么又叫超声波呢?声波频率超过人耳听觉,频率比20千赫兹高的声波叫超声波。用于探伤的超声波,频率为0.4-25兆赫兹,其中用得最多的是1-5兆赫兹。利用声音来检测物体的好坏,这种方法早已被人们所采用。例如,用手拍拍西瓜听听是否熟了;医生敲敲病人的胸部,检验内脏是否正常;用手敲敲瓷碗,看看瓷碗是否坏了等等。但这些依靠人的听觉来判断声响的检测法,比声响法要客观和准确,而且也比较容易作出定量的表示。由于超声波探伤具有探测距离大,探伤装置体积小,重量轻,便于携带到现场探伤,检测速度快,而且探伤中只消耗耦合剂和磨损探头,总的检测费用较低等特点,目前建筑业市场主要采用此种方法进行检测。

第3章 医用超声换能器与探头

第3章 医用超声换能器与探头 超声诊断仪是通过探头产生入射超声波(发射波)和接收反射超声波(回波)的,它是诊断设备的重要部件。高频电能激励探头中的晶体产生机械振动,反射超声波的机械振动又可以通过探头转换为电脉冲。也就是说探头能将电能转换成声能,又能够将声能转换成电能,所以探头又称作超声换能器。其原理来自于晶体的压电效应。 §3.1压电效应 压电效应泛指晶体处于弹性介质中所具有的一种声-电可逆特性,此现象为法国物理学者居里兄弟于1880年所发现,故也称居里效应(图3-7)。 图3-1晶体的压电效应 具有压电效应性质的晶体,称为压电晶体。目前常用于超声探头的晶体片有锆酸铅、钛酸钡、石英、硫酸锂等人工或天然晶体。钛酸钡及锆酸铅是在高温下烧结的多晶陶瓷体,把毛坯烧结成陶瓷体后,经过适当的研磨修整,

得到所需的几何尺寸,再用高压直流电场极化后,就具有压电性质,成为换能器件。 3.1.1正压电效应 在晶体或陶瓷的一定方向上,加上机械力使其发生形变,晶体或陶瓷的两个受力面上,产生符号相反的电荷;形变方向相反,电荷的极性随之变换,电荷密度同外施机械力成正比,这种因机械力作用而激起表面电荷的效应,称为正压电效应,如图3-7(a)。 3.1.2逆压电效应 在晶体或陶瓷表面沿着电场方向施加电压,在电场作用下引起晶体或陶瓷几何形状应变,电压方向改变,应变方向亦随之改变,形变与电场电压成比例,这种因电场作用而诱发的形变效应,称为逆压电效应,如图3-7(b)。 一般情况下,压电效应是线性的,然而,当电场过强或压力很大时,就会出现非线性关系。 晶体和陶瓷片因切割方位和几何尺寸的不同,产生机械振动的固有频率也不同,当外加的交变电压的频率与固有频率一致时,产生的机械振动最强;当外加的机械力的频率与固有频率一致时,所产生的电荷也最多。在超声波诊断仪中激励脉冲的频率必须与探头的固有频率相同。 §3.2压电换能器的特性 压电换能器的特性参量很多,现只简单介绍以下3种。 3.2.1频率特性 压电换能器的晶体本身是一个弹性体,因此有其固有的谐振频率,当所施力的频率等于其固有频率时,它将产生机械谐振,由于正压电效应而产生

超声探头简介

超声探头 句光宇1、超声波传感器工作的原理 1)压电效应 某些晶体材料受到外力作用时,不仅发生变形,而且 部被极化表面产生电荷;当外力去掉后,又回到原来状态, 这种现象称为压电效应。 在自然界多数晶体具有压电效应, 但压电效应十分微 弱。随着对材料的深入研究, 发现石英晶体、钛酸钡、锆 钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。 ●正压电效应: ?一些晶体结构的材料,当沿着一定方向受到外力作用时,部产生极化现象,同时在 某两个表面上产生符号相反的电荷; ?而当外力去掉后,又恢复不带电的状态; ?当作用力方向改变时,电荷的极性也随着改变; ?晶体受作用力产生的电荷量与外力的大小成正比,这种机械能转换为电能的现象称 为正压电效应。 ●逆压电效应: ?如果给晶体施加以交变电场,晶体本身则产生机械变形,这种现象称为逆压电效应, 又称电致伸缩效应。 ?压电效应具有可逆性。 2)石英与压电瓷的压电效应机理 压电式超声波传感器(超声波探头)是利用压电元件的逆压电效应,将高频交变电场转换成高频机械振动而产生超声波(发射探头);再利用正压电效应将超声振动波转换成电信号(接收探头)。发射探头和接收探头结构基本相同,有时可用一个探头完成两种任务。 ●石英晶体的压电效应

X 轴:电轴或1轴; Y 轴:机械轴或2轴; Z 轴:光轴或3轴。 ◆ “纵向压电效应”:沿电轴(X 轴)方向的力作用下产生电荷 ◆ “横向压电效应”:沿机械轴(Y 轴)方向的力作用下产生电荷 ◆ 在光轴(Z 轴)方向时则不产生压电效应。 ? 当沿x 轴方向加作用力Fx 时,则在与x 轴垂直的 平面上产生电荷 x x F d Q ?=11 d 11——压电系数(C/N ) ? 作用力是沿着y 轴方向电荷仍在与x 轴垂直的平面 y y x F b a d F b a d Q 1112-== (1112d d -=) ? 切片上电荷的符号与受力方向的关系 图(a )是在X 轴方向受压力,图(b )是在X 轴方向受拉力, 图(c )是在Y 轴方向受压力,图(d )是在Y 轴方向受拉力。 ? 切片上电荷的符号与受力方向的关系: ◆ 正负电荷是互相平衡的,所以外部没有带电现象。 ◆ 在X 轴方向压缩,表面A 上呈现负电荷、B 表面呈现正电荷。 ◆ 沿Y 轴方向压缩,在A 和B 表面上分别呈现正电荷和负电荷 。

超声波距离传感器技术原理与应用

超声波距离传感器技术原理与应用 2007-4-24 10:16:00 兆洲科技供稿收藏 超声波传感器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,由换能晶片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,习惯上称为超声换能器,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产生失效。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。 结构与工作原理 当电压作用于压电陶瓷时,就会随电压和频率的变化产生机械变形。另一方面,当振动压电陶瓷时,则会产生一个电荷。利用这一原理,当给由两片压电陶瓷或一片压电陶瓷和一个金属片构成的振动器,所谓叫双压电晶片元件,施加一个电信号时,就会因弯曲振动发射出超声波。相反,当向双压电晶片元件施加超声振动时,就会产生一个电信号。基于以上作用,便可以将压电陶瓷用作超声波传感器。 如超声波传感器,一个复合式振动器被灵活地固定在底座上。该复合式振动器是谐振器以及,由一个金属片和一个压电陶瓷片组成的双压电晶片元件振动器的一个结合体。谐振器呈喇叭形,目的是能有效地辐射由于振动而产生的超声波,并且可以有效地使超声波聚集在振动器的中央部位。 室外用途的超声波传感器必须具有良好的密封性,以便防止露水、雨水和灰尘的侵入。压电陶瓷被固定在金属盒体的顶部内侧。底座固定在盒体的开口端,并且使用树脂进行覆盖。(参见图4)对应用于工业机器人的超声波传感器而言,要求其精确度要达到1mm,并且具有较强的超声波辐射。 利用常规双压电晶片元件振动器的弯曲振动,在频率高于70kHz的情况下,是不可能达到此目的的。所以,在高频率探测中,必须使用垂直厚度振动模式的压电陶瓷。在这种情况下,压电陶瓷的声阻抗与空气的匹配就变得十分重要。压电陶瓷的声阻抗为2.6×107kg/m2s,而空气的声阻抗为4.3×102kg/m2s。5个幂的差异会导致在压电陶瓷振动辐射表面上的大量损失。一种

2021年超声探头简介

超声探头 欧阳光明(2021.03.07) 句光宇1、超声波传感器工作的原理 1)压电效应 某些晶体材料受到外力作用时,不仅 发生变形,而且内部被极化表面产生电 荷;当外力去掉后,又回到原来状态,这 种现象称为压电效应。 在自然界中大多数晶体具有压电效应, 但压电效应十分微弱。随着对材料的深入研究, 发现石英晶体、钛酸钡、锆钛酸铅等材料是性能优良的压电材料。 ●正压电效应: ?一些晶体结构的材料,当沿着一定方向受到外力作用时,内 部产生极化现象,同时在某两个表面上产生符号相反的电荷; ?而当外力去掉后,又恢复不带电的状态; ?当作用力方向改变时,电荷的极性也随着改变; ?晶体受作用力产生的电荷量与外力的大小成正比,这种机械 能转换为电能的现象称为正压电效应。 ●逆压电效应: ?如果给晶体施加以交变电场,晶体本身则产生机械变形,这 种现象称为逆压电效应,又称电致伸缩效应。

? 压电效应具有可逆性。 2)石英与压电陶瓷的压电效应机理 压电式超声波传感器(超声波探头)是利用压电元件的逆压电效应,将高频交变电场转换成高频机械振动而产生超声波(发射探头);再利用正压电效应将超声振动波转换成电信号(接收探头)。发射探头和接收探头结构基本相同,有时可用一个探头完成两种任务。 ● 石英晶体的压电效应 X 轴:电轴或1轴; Y 轴:机械轴或2轴; Z 轴:光轴或3轴。 ◆ “纵向压电效应”:沿电轴(X 轴)方向的力作用下产生电 荷 ◆ “横向压电效应”:沿机械轴(Y 轴)方向的力作用下产生 电荷 ◆ 在光轴(Z 轴)方向时则不产生压电效应。 ? 当沿x 轴方向加作用力Fx 时,则在与 x 轴垂直的 平面上产生电荷 x x F d Q ?=11d11——压电系数(C/N ) ? 作用力是沿着y 轴方向电荷仍在与x 轴垂直的平面 y y x F b a d F b a d Q 1112 -== (1112d d -=) ? 切片上电荷的符号与受力方向的关系 图(a )是在X 轴方向受压力,图(b )是在X 轴方向受拉力, 图(c )是在Y 轴方向受压力,图(d )是在Y 轴方向受拉力。

超声波斜探头结构及工作原理

超声波探头根据不同的用途分为许多种类,有纵波直探头、纵波斜探头、横波斜探头、表面波探头、爬坡探头等等。其中纵波直探头和横波斜探头在工作检测中最为常见。直探头与横波斜探头在结构与工作原理等方面有诸多相似之处,本文介绍横波斜探头的结构、探头工作原理以及影响探头性能的主要因素。 1、探头结构 超声波斜探头由吸声材料、外壳、阻尼块、斜楔块和产生超声波的压电晶片等原件组成。如图1为超声波斜探头结构示意图。 图1.超声波斜探头结构示意图 吸声材料作用是吸收晶片背面、斜块四周发散的超声波噪声;探头外壳有金属外壳和塑料外壳,外壳起到支撑固定、保护以及电磁屏蔽等作用。探头阻尼对压电晶片的振动起阻尼作用,一是可使晶片起振后尽快停下来,减少晶片余震,减小超声波脉冲宽度,提高超声检测分辨力;二是吸收晶片向背面发射的超声波,减少始脉冲杂波;三是同样起到支撑晶片的作用。斜楔块一般采用机玻璃制成,其作用是改变晶片产生的声束角度。压电晶片是整个探头的“心脏”,是探头产生超声波的最关键的元件,一般压电晶片采用石英、压电陶瓷等具 有压电效应的材料制作而成。 2、工作原理 超声波仪器电路产生的电脉冲作到具有压电效应的晶片,使压电晶片产生逆压电效,晶片发生轴线方向和垂直轴线的径向振动,如图2所示。晶片径向振动产生杂波被吸声材料吸收,而轴向振动产生的超声波声束才是有用的声束。晶片振动方向即为超声波质点振动方向,质点振动方向与超声波声束传输方向相同,则可推断出晶片轴向振动产生的有用声束为纵波声束,斜楔块的超声波声速为有机玻璃的纵波声速。当晶片接收到一个电脉冲完成一次逆压电效应,将被固定在晶片上的阻尼块阻止余震,减少超声波余波,从而较小超声波脉冲宽度。 图2.压电晶片轴向和径向振动示意图 晶片产生的纵波声束通过具有一定角度的斜楔块和耦合剂层进入工件,声束在耦合剂与工件接触界面发生波形转换。当纵波声束以小于第一临界角的角度进入工件,工件的声束为纵波和横波,且纵波声束的角度大于横波。入射角大于第一临界角小于第二临界角,工件的声束为纯横波。图3 为入射纵波声束角度小于第一临界角,图4为入射纵波声束角度大于第一临界角且小于第二临界角。 图3.入射纵波声束角度小于第一临界角

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