超声波检测探头
超声探头原理
超声探头原理超声波是一种机械波，它的频率高于人类听觉的上限，因此无法被人类耳朵直接感知。
超声波在医学、工程、地质勘探等领域都有着广泛的应用。
超声探头作为超声波的发射和接收装置，在超声成像、超声测厚、超声探伤等领域发挥着重要作用。
本文将介绍超声探头的原理及其工作过程。
超声探头是一种利用压电效应产生和接收超声波的装置。
它由压电陶瓷、声阻抗匹配层、导波层、耦合层、保护层等部分组成。
当超声波通过压电陶瓷时，压电陶瓷会产生形变，从而产生超声波。
而当超声波到达探头时，又会使压电陶瓷产生电荷，这个电荷信号会被放大后传输给超声仪器进行信号处理。
超声探头的工作原理基于超声波在不同介质中传播的特性。
当超声波从一个介质传播到另一个介质时，会发生折射和反射。
根据超声波的折射和反射情况，可以获取被检测物体内部的信息。
超声探头在工作时，会发射超声波，当超声波遇到被检测物体的界面时，部分超声波会被反射回来，超声探头接收到这些反射波后，通过信号处理可以得到被检测物体的内部结构信息。
超声探头的工作过程可以分为发射和接收两个阶段。
在发射阶段，超声探头通过压电效应产生超声波并将其发射到被检测物体中。
在接收阶段，超声探头接收到被检测物体中的超声波信号，并将其转化为电信号。
这些电信号经过放大和滤波后，可以得到被检测物体的内部结构信息。
超声探头的性能对超声成像和超声检测的质量有着重要影响。
超声探头的频率、焦距、阵元数、灵敏度等参数都会直接影响成像分辨率、穿透深度和信噪比等性能指标。
因此，在实际应用中，需要根据具体的检测需求选择合适的超声探头。
总的来说，超声探头作为超声波的发射和接收装置，在超声成像、超声测厚、超声探伤等领域有着广泛的应用。
它的工作原理基于超声波在不同介质中传播的特性，通过发射和接收超声波来获取被检测物体的内部结构信息。
超声探头的性能对超声成像和超声检测的质量有着重要影响。
因此，在实际应用中，需要选择合适的超声探头来满足具体的检测需求。
超声波检测探头
横波（表面波）
表面波
近场距离
扩散角
–
–
纵向
横向
双晶直探头
• 结构
–
–
–
–
–
–
压电晶片
背衬
延时楔块
隔声层
外壳
接头
• 特征
– 纵波垂直入射，直接接触，液膜耦合，
表面盲区小
• 主要参数
– 频率
– 晶片尺寸（矩形）
– 聚焦深度
接触式双晶直探头
• 应用特点
– 延时块使检测信号避开
了发射信号的串扰
– 延时缩短工件内近场区
– 收发分离和隔声层结构
隔离界面反射波，避免
盲区阻塞
– 声场菱形聚焦不均匀
– 窄晶片双晶探头改善距
离波幅特性
接触式聚焦探头
• 弧面反射、透镜、曲面晶
片
• 结构
– 压电晶片
– 背衬
– 透镜楔块
– 外壳
– 接头和电缆
水浸平探头
• 结构
–
–
–
–
–
压电晶片
前衬
背衬
外壳
水密接头或直接电缆
•
•
•
–
第二临界角
•
•
•
•
小于第二临界角有折射声波，大于第二临界角，没有折射声波
有机玻璃和钢的第二临界角57.8°
水和钢的第二临界角27.5 °
随入射角增大波型变化
–
–
–
–
•
•
小于第一临界角有纵波、横波产生，大于第一临界角没有纵波
有机玻璃和钢的第一临界角27.6°，
水和钢的第一临界角14.7 °
医用超声探头的种类
医用超声探头的种类
医用超声探头是医学影像诊断中常用的一种设备，它能够通过
超声波来成像人体内部的器官和组织，帮助医生进行诊断和治疗。
根据不同的应用和需要，医用超声探头有多种不同的种类，每种都
有特定的用途和优势。
1. 线阵探头（Linear array transducer），线阵探头适用于
浅表部位的超声检查，如甲状腺、乳腺、肾脏等。
它具有高分辨率
和较宽的成像范围，适合于观察细小结构和进行定位测量。
2. 凸阵探头（Convex array transducer），凸阵探头适用于
深部器官的超声检查，如心脏、肝脏、膀胱等。
它具有较大的成像
深度和较宽的扫描范围，适合于观察大范围的解剖结构和进行动态
观察。
3. 阵列探头（Phased array transducer），阵列探头适用于
需要快速成像和动态观察的情况，如心脏超声检查和血管超声检查。
它具有快速成像和多普勒功能，可以观察心脏和血管的运动和血流
情况。
4. 便携式探头（Portable transducer），便携式探头适用于临床急救和移动医疗的场合，如急诊科、卫生院和野外医疗。
它具有小巧轻便、易于携带和操作的特点，可以在不同场合进行快速的超声检查和评估。
以上是一些常见的医用超声探头种类，它们在临床诊断和治疗中发挥着重要的作用。
随着科技的不断进步，医用超声探头的种类和功能还在不断地发展和完善，为医学影像诊断提供了更多的选择和可能。
超声探头介绍(一)
超声探头的组成部分
1 压电陶瓷
2 探头外壳
压电陶瓷是超声探头的核心
外壳为探头提供保护和定向
部件,可以将电能转换为机 械振动,从而产生超声波。
作用,可以降低噪音,提高探 头的耐用性和使用寿命。
它决定了探头的工作频率和 性能。
3 连接线
4 连接器
连接线用于将探头与超声仪 器设备相连,传输电信号并
连接器是探头与设备之间的 接口,确保信号和电源的可
探头的尺寸选择
尺寸与频率的关系
探头的尺寸与其工作频率 是相关的。一般来说,尺寸 越小,其工作频率越高。频 率的选择还需要考虑探测 对象的特性和检测要求。
探头应用场景的影响
不同的应用场景也会对探 头尺寸的选择产生影响。 如在狭小空间内使用,需要 选用较小尺寸的探头以便 操作。而在大范围扫查时, 则需要选择尺寸较大的探 头。
探头频率的影响因素
材料特性
探头内部压电陶瓷材料的特性 ,如声速、弹性模量等,会影响 到探头的共振频率。
探头结构
探头外壳、衬垫、匹配层等部 件的设计,也会影响探头的振 动频率和频带特性。
工作环境
探头使用时的温度、压力等环境条件变化,也会影响探头的频率特性。
探头的聚焦方式
聚焦槽聚焦
利用探头表面上的凹槽对声波进行聚焦,可以形成较窄且高 强度的聚焦束。这种方式制造简单,但聚焦性能较差。
聚焦深度
不同的聚焦方式决定了探头的聚焦深度。机械聚焦的聚焦深度范围窄,但能够实现更好的聚 焦效果。电子聚焦的聚焦深度较宽,但聚焦效果略差。
聚焦参数调整
在实际使用中,需要根据待检测部位的深度调整探头的聚焦参数,以获得最佳的成像效果。 这需要通过实践经验和操作灵活性来进行优化。
超声探头的工作原理
超声探头的工作原理
超声探头工作的原理是利用超声波在不同介质中的传播特性进行探测和成像。
它通过发射超声波脉冲，并接收相应的回波信号来获取目标物体的信息。
具体来说，超声探头由一个或多个发射元件和接收元件组成。
发射元件可以将电能转化为机械振动，产生超声波脉冲。
这些超声波脉冲在探头中的压电片或石英晶片中产生，然后通过探头的耦合剂传播到被检测物体内。
当超声波遇到不同介质的边界，如组织或器官之间的边界，会发生声波的反射、折射和散射。
其中，部分超声波会返回到探头上的接收元件上，接收元件将超声波转化为电信号，并通过放大和滤波等处理，最后传送到超声设备以供处理和显示。
由于不同组织或物体具有不同的超声波传播速度、吸收能力等特性，超声波在穿过不同介质时会发生声速的变化，从而形成不同的回波信号。
通过对这些回波信号的处理和分析，超声设备可以生成图像，显示出被检测物体的内部结构和形态。
医用超声探头原理
医用超声探头原理
医用超声探头是医学超声成像系统的关键部分，它负责发射和接收超声波信号。
探头内部包含多个发射与接收元件（晶体），一般为聚焦式阵列，通过电信号的控制，能够将超声波束聚焦在感兴趣的区域。
发射元件工作时会产生超声波脉冲，然后通过透明介质如凝胶传入被检查的部位。
当超声波遇到组织或器官时，部分能量会被吸收、反射或折射，形成回波信号。
接收元件则会接收这些回波信号，并将其转化为电信号，再通过探头内部的电路传给超声机进行信号处理。
为了实现更好的成像效果，医用超声探头通常采用多晶元件的阵列形式。
这种设计可以在不同方向上发射和接收超声波，形成多个传感点，从而实现多角度、三维成像。
此外，为了提高成像分辨率和深度，探头通常会采用多频率的工作模式。
不同频率的超声波在组织中的传播速度和散射特性不同，通过组合使用不同频率的超声波可以获取更清晰的图像信息。
总之，医用超声探头通过发送和接收超声波信号，利用回波信号生成组织的图像。
其采用多晶元件的阵列形式，多频率的工作模式和聚焦技术等设计，能够实现更精准、高分辨率的成像效果，为医学诊断提供了重要的技术支持。
超声波探头的使用方法
超声波探头的使用方法
超声波探头是用于无损检测和测量物体内部结构的一种检测工具，广泛应用于医疗、工业、建筑等领域。
超声波探头使用方法主要包括以下几个步骤：
1. 探头选型：根据需要测量物体的特点和形状选择合适的探头，
一般分为直探、斜探、阵列等类型。
2. 探头连接：将探头连接到超声波检测仪上，确保连接牢固，避
免因松动而影响检测结果。
3. 模式选择：根据需要选择探头的工作模式，一般有单元、双元、相控阵等不同模式可供选择。
4. 校准操作：进行校准操作，保证探头的灵敏度、扫描面积和工
作频率等参数符合需求，以确保检测结果的准确性。
5. 探头安放：根据需要将探头安放在被测物体表面，探头与被测
物体表面应尽量平行，以获得最佳检测效果。
6. 检测操作：启动超声波检测仪，按照标准流程进行检测操作，
将检测结果记录在检测报告中。
总之，探头选型、连接、模式选择、校准、安放和检测操作都是
超声波探头使用过程中必不可少的。
在使用过程中，还应注意保持探
头的清洁和整洁，避免探头的碰撞和振动，以延长探头的使用寿命。
同时，使用超声波探头的人员需熟练掌握使用方法，了解超声波检测技术的基本原理和中心频率的选择，以提高检测的准确性和效率。
如何选择超声波探伤仪探头
如何选择超声波探伤仪探头超声波探伤仪探头的主要作用：一是将返回来的声波转换成电脉冲；二是控制超声波的传播方向和能量集中的程度,当改变探头入射角或改变超声波的扩散角时,可使声波的主要能量按不同的角度射入介质内部或改变声波的指向性,提高分辨率；三是实现波形转换；四是控制工作频率,适用于不同的工作条件。
超声波探伤仪探头种类繁多,日常使用中常见的探头种类有以下几种：1、超声波探伤仪直探头进行垂直探伤用的单晶片探头,主要用于纵波探伤。
直探头由插座、外壳、保护膜、压电晶片、吸声材料等组成,头接触面为可更换的软膜,用于检测表面粗糙的工件。
2、超声波探伤仪斜探头进行斜射探伤用的探头,主要用于横波探伤。
斜探头由斜块、压电晶片、吸声材料、外壳、插座等组成,斜探头的声束与探头表面倾斜,因此可用于检测直声束无法到达的部位、或者缺陷的方向与检测面之间存在夹角的区域。
3、超声波探伤仪小径管探头单晶微型横波斜探头,用于小直径薄壁管焊接接头的检验。
检测标准参照电力行业标准DL/T8202002管道焊接接头超声波检验技术规程,适合检测管径≥32mm、小于等于159mm,壁厚≥4mm、小于14mm的小直径薄壁管；也可适用于其他行业类似管道的检测。
探头外形尺寸小,前沿距离≤5mm,始脉冲占宽≤相当于钢中深度 ,分辨力大于等于20dB。
根据被检测管道外径的不同,检测面被加工成对应管径的弧度。
4、超声波探伤仪表面波探头用于发射和接收表面波的探头。
表面波是沿工件表面传播的波,幅值随表面下的深度迅速减少,传播速度是横波的倍,质点的振动轨迹为椭圆。
表面波探头在被检工件的表面和近表面产生表面波。
型号中列明的角度为有机玻璃斜块的倾斜角入射角。
5、超声波探伤仪可拆式斜探头斜探头的一种特殊类型,将斜探头分成斜块、探头芯两个部分,使用时将两者组合起来。
常用的规格的探头芯、不同K值的斜块、、、、等等。
接受定制其他规格的可拆式斜探头。
6、超声波非金属检测用探头用于检测非金属材料,如混凝土、木材、岩石等。
如何选择超声波探伤仪探头
用于发射和接收表面波的探头。表面波是沿工件表面传播的波，幅值随表面下的深度迅速减少，传播速度是横波的0.9倍，质点的振动轨迹为椭圆。表面波探头在被检工件的表面和近表面产生表面波。型号中列明的角度为有机玻璃斜块的倾斜角(入射角)。
5、超声波探伤仪可拆式斜探头
斜探头的一种特殊类型，将斜探头分成斜块、探头芯两个部分，使用时将两者组合起来。常用的规格2.5P20的探头芯、不同K值的斜块(1.0、1.5、2.0、2.5、3.0等等)。接受定制其他规格的可拆式斜探头。
如何选择超声波探伤仪探头？下面给出最常用的超声波斜探头的选择方案参考：
1.斜探头K值与角度的对应关系
NO.
K值
对应角度
1
K1
对应45度
2
K1.5
对应56.3度
3
K2
对应63.4度
4
K2.5
对应68.2度
5
K3
对应71.6度
2.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
1、超声波探伤仪直探头
进行垂直探伤用的单晶片探头，主要用于纵波探伤。直探头由插座、外壳、保护膜、压电晶片、吸声材料等组成，头接触面为可更换的软膜，用于检测表面粗糙的工件。
2、超声波探伤仪斜探头
进行斜射探伤用的探头，主要用于横波探伤。斜探头由斜块、压电晶片、吸声材料、外壳、插座等组成，斜探头的声束与探头表面倾斜，因此可用于检测直声束无法到达的部位、或者缺陷的方向与检测面之间存在夹角的区域。
8、超声波水浸式探头
用于半自动或者自动化探伤系统中。当探头发射的声束轴线垂直于检测面时，纵波直声束扫查工件；调节探头声束轴线与检测面成一定的夹角，声束在水和工件这两种介质的界面折射，可在工件中产生倾斜的横波声束来扫查工件。将探头晶片前面的有机玻璃或者固化的环氧树脂加工成一定弧度(球面或者圆柱面)，可得到点聚焦或者线聚焦的水浸式探头。
如何选择超声波探伤仪探头
如何选择超声波探伤仪探头Last revision date: 13 December 2020.如何选择超声波探伤仪探头超声波探伤仪探头的主要作用：一是将返回来的声波转换成电脉冲；二是控制超声波的传播方向和能量集中的程度,当改变探头入射角或改变超声波的扩散角时,可使声波的主要能量按不同的角度射入介质内部或改变声波的指向性,提高分辨率；三是实现波形转换；四是控制工作频率,适用于不同的工作条件。
超声波探伤仪探头种类繁多，日常使用中常见的探头种类有以下几种：1、超声波探伤仪直探头进行垂直探伤用的单晶片探头，主要用于纵波探伤。
直探头由插座、外壳、保护膜、压电晶片、吸声材料等组成，头接触面为可更换的软膜，用于检测表面粗糙的工件。
2、超声波探伤仪斜探头进行斜射探伤用的探头，主要用于横波探伤。
斜探头由斜块、压电晶片、吸声材料、外壳、插座等组成，斜探头的声束与探头表面倾斜，因此可用于检测直声束无法到达的部位、或者缺陷的方向与检测面之间存在夹角的区域。
3、超声波探伤仪小径管探头单晶微型横波斜探头，用于小直径薄壁管焊接接头的检验。
检测标准参照电力行业标准DL/T8202002《管道焊接接头超声波检验技术规程》，适合检测管径≥32mm、小于等于159mm，壁厚≥4mm、小于14mm的小直径薄壁管；也可适用于其他行业类似管道的检测。
探头外形尺寸小,前沿距离≤5mm，始脉冲占宽≤(相当于钢中深度)，分辨力大于等于20dB。
根据被检测管道外径的不同，检测面被加工成对应管径的弧度。
4、超声波探伤仪表面波探头用于发射和接收表面波的探头。
表面波是沿工件表面传播的波，幅值随表面下的深度迅速减少，传播速度是横波的倍，质点的振动轨迹为椭圆。
表面波探头在被检工件的表面和近表面产生表面波。
型号中列明的角度为有机玻璃斜块的倾斜角(入射角)。
5、超声波探伤仪可拆式斜探头斜探头的一种特殊类型，将斜探头分成斜块、探头芯两个部分，使用时将两者组合起来。
超声波检测时探头选择原则
超声波探头角度过大，应该如何调整1.老师您好，我们的超声波探头的视角是60度的，现在想调整角度的话，如何调整为40度角的话，要加喇叭形状的还是直筒形状的结构呢，加的高度有什么计算原则，还有应该选择什么材质的呢 ?超声波探伤中，超声波的发射和接收都是通过探头来实现的。
探头的种类很多，结构型式也不一样。
探伤前应根据被检对象的形状、衰减和技术要求来选择探头。
探头的选择包括探头型式、频率、晶片尺寸和斜探头K值的选择等。
1.探头型式的选择常用的探头型式有纵波直探头、横波斜探头表面波探头、双晶探头、聚焦探头等。
一般根据工件的形状和可能出现缺陷的部位、方向等条件来选择探头的型式，使声束轴线尽量与缺陷垂直。
纵波直探头只能发射和接收纵波，束轴线垂直于探测面，主要用于探测与探测面平行的缺陷，如锻件、钢板中的夹层、折叠等缺陷。
横波斜探头是通过波形转换来实现横波探伤的。
主要用于探测与深测面垂直或成一定角的缺陷。
如焊缝生中的未焊透、夹渣、未溶合等缺陷。
表面波探头用于探测工件表面缺陷，双晶探头用于探测工件近表面缺陷。
聚焦探头用于水浸探测管材或板材。
2.探头频率的选择超声波探伤频率在O.5～10MHz之间，选择范围大。
一般选择频率时应考虑以下因索。
(1)由于波的绕射，使超声波探伤灵敏度约为，因此提高频率，有利于发现更小的缺陷。
(2)频率高，脉冲宽度小，分辨力高，有利于区分相邻缺陷。
(3) 可知，频率高，波长短，则半扩散角小，声束指向性好，能量集中，有利于发现缺陷并对缺陷定位。
(4) 可知，频率高，波长短，近场区长度大，对探伤不利。
(5) 可知，频率增加，衰减急剧增加。
由以上分析可知，频率的离低对探伤有较大的影响。
频率高，灵敏度和分辨力高，指向性好，对探伤有利。
但频率高，近场区长度大，衰减大，又对探伤不利。
实际探伤中要全面分析考虑各方面的因索，合理选择频率。
一般在保证探伤灵敏度的前提下尽可能选用较低的频率。
对于晶粒较细的锻件、轧制件和焊接件等，一般选用较高的频率，长用2.5～5.0MHz。
如何选择超声波探伤仪探头
如何选择超声波探伤仪探头公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]如何选择超声波探伤仪探头超声波探伤仪探头的主要作用：一是将返回来的声波转换成电脉冲；二是控制超声波的传播方向和能量集中的程度,当改变探头入射角或改变超声波的扩散角时,可使声波的主要能量按不同的角度射入介质内部或改变声波的指向性,提高分辨率；三是实现波形转换；四是控制工作频率,适用于不同的工作条件。
超声波探伤仪探头种类繁多，日常使用中常见的探头种类有以下几种：1、超声波探伤仪直探头进行垂直探伤用的单晶片探头，主要用于纵波探伤。
直探头由插座、外壳、保护膜、压电晶片、吸声材料等组成，头接触面为可更换的软膜，用于检测表面粗糙的工件。
2、超声波探伤仪斜探头进行斜射探伤用的探头，主要用于横波探伤。
斜探头由斜块、压电晶片、吸声材料、外壳、插座等组成，斜探头的声束与探头表面倾斜，因此可用于检测直声束无法到达的部位、或者缺陷的方向与检测面之间存在夹角的区域。
3、超声波探伤仪小径管探头单晶微型横波斜探头，用于小直径薄壁管焊接接头的检验。
检测标准参照电力行业标准DL/T8202002《管道焊接接头超声波检验技术规程》，适合检测管径≥32mm、小于等于159mm，壁厚≥4mm、小于14mm的小直径薄壁管；也可适用于其他行业类似管道的检测。
探头外形尺寸小,前沿距离≤5mm，始脉冲占宽≤(相当于钢中深度)，分辨力大于等于20dB。
根据被检测管道外径的不同，检测面被加工成对应管径的弧度。
4、超声波探伤仪表面波探头用于发射和接收表面波的探头。
表面波是沿工件表面传播的波，幅值随表面下的深度迅速减少，传播速度是横波的倍，质点的振动轨迹为椭圆。
表面波探头在被检工件的表面和近表面产生表面波。
型号中列明的角度为有机玻璃斜块的倾斜角(入射角)。
5、超声波探伤仪可拆式斜探头斜探头的一种特殊类型，将斜探头分成斜块、探头芯两个部分，使用时将两者组合起来。
超声波探头原理
超声波探头原理超声波探头是一种常见的非破坏性检测仪器，它利用超声波在材料中的传播特性来检测材料的内部缺陷和结构。
超声波探头原理涉及到超声波的产生、传播和接收等方面，下面将对超声波探头原理进行详细介绍。
超声波的产生。
超声波是指频率高于人类听觉范围（20kHz）的声波，通常是通过压电效应产生的。
压电晶体在受到外加电压作用时会发生形变，从而产生机械振动。
这种机械振动会向周围介质传播，形成超声波。
因此，超声波的产生是通过压电晶体的压电效应实现的。
超声波的传播。
超声波在材料中的传播是其探测原理的核心。
当超声波遇到材料内部的缺陷或界面时，会发生多种现象，如反射、折射、散射等。
这些现象会导致超声波的传播路径发生变化，从而可以通过接收到的超声波信号来判断材料内部的情况。
传统的超声波探头通常是将超声波发射到被测材料中，然后接收反射回来的超声波信号，通过分析这些信号来获取材料内部的信息。
超声波的接收。
超声波探头的接收部分通常也是利用压电效应来实现的。
当超声波到达探头表面时，会引起压电晶体产生电荷，这个电荷信号会被放大并转换成可视化的波形图或声波图形。
通过分析这些图形，可以得知材料内部的缺陷、结构和性质等信息。
超声波探头的原理在工业领域有着广泛的应用，比如在航空航天、汽车制造、建筑材料、医学影像等领域都有着重要的地位。
它能够快速、准确地检测材料内部的缺陷，对于确保产品质量和安全具有不可替代的作用。
总结。
超声波探头原理涉及到超声波的产生、传播和接收等方面，通过对这些方面的理解，我们可以更好地应用超声波探头进行材料的非破坏性检测。
随着科技的不断进步，超声波探头的原理和应用也在不断完善和拓展，相信它在未来会有更广泛的应用前景。
超声波检测探头
石英 硫酸锂 碘酸锂 铌酸锂 钛酸钡 钛酸铅 PZT-4 PZT-5 PZT-8 SP4 5A1 5H2
d33 g33 2.31 5 16 17.5 18.1 32 6 2.3 190 1.8 58 3.3 289 2.6 374 2.48 225 2.5 310 26.9 440 25.5 680 19
折射斜向声波 主要参数
频率 晶片尺寸（矩形） 折射角度（K值）
3.3.3.2接触式斜探头
折射角度计算
折射公式 第一临界角
公式 有机玻璃和钢的第一临界角27.6°， 水和钢的第一临界角14.7 °
第二临界角
公式 有机玻璃和钢的第二临界角57.8° 水和钢的第二临界角27.5 °
25 33.10 66.21 132.42 198.62 264.83 397.25
钢横波近场区表
F 1.25
3 0.87
5 2.41
2.5 1.74 4.82
5
3.47 9.65
7.5 5.21 14.47
10 6.94 19.29
15 10.42 28.94
6 3.47 6.94 13.89 20.83 27.78 41.67
8 6.17 12.35 24.69 37.04 49.38 74.07
10
12
9.65 13.89
19.29 27.78
38.58 55.56
57.87 83.33
77.16 111.11
115.74 166.67
15 21.70 43.40 86.81 130.21 173.61 260.42
20
3.3压电式超声波探头
3.3.1分类 3.3.2结构 3.3.3命名法则 3.3.4性能参数 3.3.5应用
超声探头的基本结构
超声探头的基本结构
超声探头是超声成像技术中重要的组成部分，它通过向被检测物体发射超声波并接收回波信号，实现对被检测物体的成像和诊断。
超声探头的基本结构包括压电陶瓷、导电层、聚焦透镜、声阻抗匹配层、保护层等部分。
压电陶瓷是超声探头中最核心的部件，它可以将电信号转化为机械振动，并产生超声波。
导电层则用于向压电陶瓷施加电信号，从而控制超声波的产生和传播。
聚焦透镜用于控制超声波的聚焦，使其在被检测物体内部形成清晰的图像。
声阻抗匹配层则用于匹配超声波的声阻抗，提高超声波的传播效率。
保护层则用于保护超声探头免受损坏和污染。
超声探头的种类繁多，根据其结构和应用领域的不同可分为线性探头、阵列探头、凸面探头、内窥镜探头等多种类型。
线性探头适用于对平面物体的成像和诊断，阵列探头可以实现三维成像和多角度扫描，凸面探头则适用于对曲面物体的成像和诊断，内窥镜探头则用于人体内腔的成像和诊断。
超声探头的性能直接影响着超声成像的效果和诊断的准确性。
目前，超声探头的发展趋势是向着高频、多元化、小型化、集成化等方向发展。
高频探头可以提高超声波的分辨率，多元化探头可以实现多种成像方式的切换，小型化探头可以实现对微小结构的观察，集成
化探头可以将多种功能集成在一个探头中，提高整个超声成像系统的性能和便利性。
超声探头作为超声成像技术的核心部件，其结构和性能的优化不断推动着超声成像技术的发展和应用。
随着科技的不断进步，超声探头的发展前景将更加广阔。
超声波探伤仪探头的分类
超声波探伤仪探头的分类超声波探伤仪探头主要由压电晶片组成。
探头可发射及接收超声波。
探头由于其结构的不同可分为直探头（纵波）、斜探头（横波）、表面波探头（表面波）、兰姆波探头（兰姆波）、可变角探头（纵波、横波、表面波、兰姆波）、双探头（一个探头发射，另一个探头接收）、聚焦探头（将声波聚集为一细束）、水浸探头（可浸在液体中）以及其它专用探头（如探高压瓷瓶的S型或扁平探头或探人体用的医用探头）等。
1.超声波探伤仪探头之一：直探头直探头也称平探头，可发射及接受纵波。
直探头主要由压电晶片、阻尼块（吸收块）及保护膜组成。
（1）压电晶片压电晶片的厚度与超声频率成反比。
例如锆钛酸铅（PZT-5）的频率厚度常数为1890千赫/毫米，晶片厚度为1毫米时，自然频率为1.89兆赫，厚度为0.7毫米时，自然频率约2.5兆赫。
电压晶片的直径与扩散角成反比。
电压晶片两面敷有银层，作为导电的极板，晶片底面接地线，晶片上面接导线引至电路上。
（2）保护膜直探头为避免晶片与工件直接接触而磨损晶片，在晶片下粘合一层保护膜，有软性保护和硬性保护两种。
软性的可用塑料薄膜（厚约0.3毫米），与表面粗糙的工件接触较好。
硬性可用不锈钢片或陶瓷片。
保护膜的厚度为二分之一波长的整数倍，声波穿透率最大。
厚度为四分之一波长的奇数倍时，穿透率最小。
晶片与保护膜粘合后，探头的谐振频率将降低。
保护膜与晶片粘合时，粘合层应尽可能的薄，不得渗入空气。
粘合剂的配方为618环氧树脂：二乙烯三胺：邻苯二甲酸二丁酯=100：8：10 粘合后加一定的压力，放置24小时，再在60℃~80℃温度下烘干4小时。
（3）阻尼块阻尼块又名吸收块，其作用为降低降低晶片的机械品质系数，吸收声能量。
如果没有阻尼块，电振荡脉冲停止时，压电晶片因惯性作用，仍继续振动，加长了超声波的脉冲宽度，使盲区增大，分辨力差。
吸收块的声阻抗等于晶片的声阻抗时，效果最佳，常用的吸收快配方如下钨粉：环氧树脂：二乙烯三胺（硬化剂）：邻苯二甲酸二丁酯（增塑剂）=35克：10克：0.5克：1克为使晶片和阻尼块粘合良好，在灌浇前先用丙酮清洗晶片和晶片座表面，并加热至60℃~80℃再行灌浇。
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钢横波近场区表
F 1.25
3 0.87
5 2.41
2.5 1.74 4.82
5
3.47 9.65
7.5 5.21 14.47
10 6.94 19.29
15 10.42 28.94
6 3.47 6.94 13.89 20.83 27.78 41.67
8 6.17 12.35 24.69 37.04 49.38 74.07
分类 结构 命名法则 性能参数 应用
4.2.4压电探头分类
耦合方式分类
液膜接触式 液浸非接触式 轮式接触
波型分类
纵波探头 横波探头 爬波探头 表面波探头
工作方式分类
单晶探头 双晶分割探头 组合阵列探头 相控阵探头
其他
聚焦探头 高温探头
4.2.3探头结构
4.2.1压电效应和材料
换能原理：形变造成带电粒子定向的偏移产生 电场，或反过来，电场力使带电粒子位移产生 形变。
单晶材料或多晶材料（须极化） 正压电效应（压力Pressure产生电压Electric）-
接收 逆压电效应（电压产生应变）-发射
4.2.2压电材料特性参数
压电应变参数d33
10
12
9.65 13.89
19.29 27.78
38.58 55.56
57.87 83.33
77.16 111.11
115.74 166.67
15 21.70 43.40 86.81 130.21 173.61 260.42
20
25
38.58 60.28
77.16 120.56
154.32 241.13
多
钛酸钡 190 1.8 0.38 5.47 30
300 115 2.6
晶 材
钛酸铅 58 3.3 0.43 4.24 32.8 1050 460 2.12
料
PZT-4 289 2.6 0.51 4
30 500 328 2
PZT-5 374 2.48 0.49 4.35 33.7 75 365 1.89
双晶直探头
结构
压电晶片 后衬（匹配、吸声、支撑） 楔块 隔声层 外壳 接头
纵波垂直入射 主要参数
频率 晶片尺寸（矩形） 聚焦深度
接触式双晶直探头
应用特点
近场盲区小 声场菱形聚焦不均
匀 窄晶片双晶探头改
3 0.48 0.95 1.91 2.86 3.81 5.72
5 1.32 2.65 5.30 7.94 10.59 15.89
近场区表
6 1.91 3.81 7.63 11.44 15.25 22.88
8 3.39 6.78 13.56 20.34 27.12 40.68
10 5.30 10.59 21.19 31.78 42.37 63.56
PZT-8 225 2.5 0.48 4.58 33 100 300 2.07
1-3 SP4
复 合
5A1
材
5H2
料
310 26.9 0.57 4.42
440 25.5 0.62 4.04
680 19
0.65 3.92
500 325 2.21
80
335 2.02
75
215 1.96
4.2压电式超声波探头
231.48 361.69
308.64 482.25
462.96 723.38
接触式直探头
应用
接触工件 耦合剂薄膜或加橡胶膜和甘油 近场区-声压波动较大，灵敏度不稳定 近表面盲区-发射脉冲反冲和放大器阻塞时间内 扩散角
接触式斜探头
结构
压电晶片 后衬（匹配、吸声、支撑） 楔块 外壳 接头
压电晶片 前衬（吸声、匹配、保护） 后衬（匹配、吸声、支撑） 楔块 透镜 外壳 接头
接触式直探头
结构
压电晶片 前衬（吸声、匹配、保护） 后衬（匹配、吸声、支撑） 外壳 接头
纵波垂直入射 主要参数
频率 晶片尺寸（圆）
扩散角
钢纵波近场区表
F 1.25 2.5
5 7.5 10 15
单位电场变化产生应变变化，决定发射灵敏度
压电电压参数g33
单位应力变化产生电场变化，决定接收灵敏度
介电常数ε
影响电阻抗
机电耦合系数K
电声能量转换效率
机械品质因子Qm
影响激发脉冲宽度
频率常数N
声速的一半，用于计算晶片厚度：
居里温度Tc
压电材料失效温度
压电材料特性参数
名称
d33 g33
折射斜向声波 主要参数
频率 晶片尺寸（矩形） 折射角度（K值）
楔块角度 楔块声速及工件声速
接触式斜探头
折射角度计算
折射公式 第一临界角
公式 有机玻璃和钢的第一临界角27.6°， 水和钢的第一临界角14.7 °
第二临界角
公式 有机玻璃和钢的第二临界角57.8° 水和钢的第二临界角27.5 °
12 7.63 15.25 30.51 45.76 61.02 91.53
15 11.92 23.83 47.67 71.50 95.34 143.01
20 21.19 42.37 84.75 127.12 169.49 254.24
25 33.10 66.21 132.42 198.62 264.83 397.25
入射角增大波型变化
纵波（横波，表面波） 爬波（横波，表面波） 横波（表面波） 表面波
近场计算 扩散角计算
纵向 横向
例题1（解法1）
例题1（解法2）
斜探头近场距离计算
（1）孔径投影尺寸： （2）全部在第一介质内时，近场距离为： （3）扣除入射点距离后虚拟近场距离为： （4）全部在第二介质内时，近场距离为： （5）等比例变换 （6）虚拟第二介质声源距离：
超声波检测设备与器材（三）
4.2超声波探头
超声波探头的作用
电信号转换为声波 声波转换为电信号 控制声波的特性
超声波探头分类
压电型超声探头
压电材料换能
磁致伸缩型超声探头
磁致伸缩换能
电磁感应型超声波探头
金属电涡流和洛伦兹力换能
激光超声探头
材料局部热膨胀（热波）和干涉测振技术
压电式超声波探头
Kt
C
Z
Qm
Tc
Nt
单
石英 2.31 5
0.1 5.74 15.2 104-6 550 2.87
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ晶 材
硫酸锂 16 17.5 0.3 5.47 11.2
75 2.73
料
碘酸锂 18.1 32
0.51 4.13 18.5 <100 256 2.06
铌酸锂 6 2.3 0.49 7.4 34.8 >105 1200 3.7