一种超声波探头、自适应连接方法及超声波系统与流程
本发明涉及超声波，特别涉及一种超声波探头、自适应连接方法及超声波系统。
背景技术：
1、近年来，随着风电行业的发展，风电零部件的需求越来越大，同时产品的质量要求也随之越来越高。由于风电零部件的体积很大，以风电齿轮为例，小则直径400mm，大则直径2980mm，大型的风电零部件，带来的是缺陷检测的困难。
2、超声波探伤技术作为一种无损检测技术，常用于对大型风电零部件检测，检测的原理是超声波在传播过程中，当遇到两种不同介质的界面或不同密度的材料时，便会在交界面上发生折射或反射。超声波在风电零部件的传播中，能分别在风电零部件内部缺陷及其背面发生反射，而反射回来的超声波通过超声波接收器后，又将声波转为电能，在荧光屏上显示波形图，根据波峰的位置、大小与形状，分析出风电零部件缺陷的位置、大小与形状。
3、超声波探伤技术所用的超声波探头包含压电元件和设于压件元件背端的负载部件，压电元件前端设置有效收发超声波的声匹配层，负载部件中埋入多个片状的热传导部件，热传导部件与负载部件背面的散热块接触或粘结。
4、超声波探头工作时，对压电元件施加数百伏的电脉冲，使压电元件产生机械振动，发送超声波，由此压电元件产生的热量通过负载部件、热传导部件与散热块进行散热处理。
5、负载部件中埋入多个片状的热传导部件的理由是，压电元件产生的机械振动是双向的，压电元件的背面会发送超声波，为了对背面的超声波进行衰减，使其不返回压电元件中干扰结果，故负载部件仅能使用的材料局限于加大衰减而充填玻璃或高分子的中空体的材料，如铁氧体橡胶，或者在环氧树脂或聚氨酯橡胶等高分子中充填了钨或氧化铝。也就是因为此种原因，负载部件的散热能力极差（1w/mk），只能依靠散热能力更强的，由石墨、碳化硅、铜等其他材料之一制成的热传导部件(60～600w/mk)进行散热。
6、在实际使用时，因风电零部件体积大，发送超声波持续时间长，超声波探头仍然存在超过适用温度（10℃~60℃）的状况，后果是压电元件的压电效应减弱，发送和接收超声波的能力大幅降低。
7、而造成这一后果的原因是，负载部件连结于压电元件之下，且相互间隔开来，间隔出的空隙嵌入热传导部件，热传导部件前端要与压电元件接触（热传导部件要与压电元件之间其实还具有绝缘膜进行绝缘），热传导部件尾端面则必须要与负载部件背部面平齐，然而，这是困难的，热传导部件具有误差，因此，热传导部件的尾端面通常是超出负载部件背部面，也就是说，热传导部件与散热块连接后，散热块其实很难与负载部件进行紧密接触，负载部件的散热作用就大大降低，浪费了对负载部件大面积的接触散热。
8、因此，需要对超声波探头的散热效果进行更进一步的改进。
技术实现思路
1、本发明目的之一是解决现有技术中超声波探头中热传导部件的尾端面通常超出负载部件背部面，在与散热块连接后，散热块难与负载部件进行紧密接触，从而浪费对负载部件的大面积接触散热问题。
2、本发明目的之二是提供一种自适应连接方法。
3、本发明目的之三是提供一种超声波系统。
4、为达到上述目的之一，本发明采用以下技术方案：一种超声波探头，包括压电元件及设于所述压电元件背面的负载部件，所述压电元件前端面附着接地电极，所述压电元件背端面附着信号电极，所述负载部件接触于所述信号电极，所述负载部件的空隙埋入热传导部件，且所述负载部件背面设置散热块，所述热传导部件与所述散热块连为一体，所述热传导部件与所述散热块为一体式结构，所述热传导部件的主体前端设有凸起部与补偿部，所述凸起部滑动嵌入所述补偿部嵌合腔中。
5、所述补偿部的顶端设置绝缘层。
6、所述补偿部底端或侧端设有与所述负载部件的空隙相通的流孔，所述流孔连通所述嵌合腔。
7、所述补偿部直径小于所述热传导部件的主体，所述补偿部与所述负载部件的空隙侧壁之间构成流体间隙，所述流体间隙与所述流孔相通。
8、所述热传导部件的主体设置有与嵌合腔相通的通孔，所述散热块设置有与所述通孔相通的注射孔。
9、进一步地，在本发明实施例中，所述接地电极与所述信号电极通过蒸镀、溅射金或银或者烧结银形成于所述压电元件的前面和背面。
10、进一步地，在本发明实施例中，所述补偿部的顶端面锥环面，所述热传导部件主体悬出所述补偿部的端面部分为锥面。
11、所述超声波探头还包括有线圈与电极插接端，所述接地端子与所述信号端子通过所述线圈连接所述电极插接端。
12、进一步地，在本发明实施例中，所述凸起部上端设置有外凸环，所述补偿部下端设置有内凸环，所述内凸环贴合于所述凸起部侧壁，所述补偿部沿所述凸起部滑动时，通过所述外凸环对所述内凸环的限制，以阻止所述补偿部脱离所述凸起部。
13、所述外凸环与所述补偿部之间形成过流间隙，所述内凸环与所述外凸环之间形成缓冲槽，所述过流间隙连通所述嵌合腔与所述缓冲槽，所述缓冲槽连通所述流孔。
14、进一步地，在本发明实施例中，所述接地电极前面配置有一层或多层声匹配层，所述压电元件排列有多个，多个所述压电元件之间通过隔音层进行隔音。
15、本发明的有益效果是：
16、本发明通过将热传导部件的头端设置可滑动的补偿部结构，在散热块接触负载部件的后续，以注射熔融橡胶的方式，推动补偿部接触压电元件，并且，熔融橡胶又能通过补偿部设置流孔，填充满因补偿部的存在，导致负载部件内存在未被填满的空隙。以此使得散热块既能对热传导部件散热，又能对负载部件散热。解决现有技术中热传导部件的尾端面通常超出负载部件背部面，导致散热块难与负载部件进行紧密接触，从而浪费对负载部件的大面积接触散热问题。
17、另外，散热块与热传导部件连为一体，还解决散热块与热传导部件连接（粘结或焊接）后会形成一层连接层，使散热块难以接触到负载部件，从而浪费对负载部件的大面积接触散热问题。
18、为达到上述目的之二，本发明采用以下技术方案：一种自适应连接方法，所述自适应连接方法基于上述发明目的之一中所述的超声波探头，所述自适应连接方法包括以下步骤：
19、压电元件与负载部件相连后，推动与热传导部件连为一体的散热块，使热传导部件插接入负载部件中的空隙中，直至散热块与负载部件的背面紧密接触，并持续保留对散热块的推动压力。
20、而后向散热块的注射孔注射入熔融的橡胶，该橡胶材料与负载部件相同，熔融的橡胶经热传导部件主体设置的通孔进入补偿部的嵌合腔中。
21、当热传导部件的补偿部与压电元件之间保留有间隙时，进入嵌合腔中熔融橡胶推动补偿部向前，直至补偿部前面的绝缘层与压电单元的信号电极相接触。
22、最后，嵌合腔中熔融橡胶进入流孔，通过流孔流入负载部件内未被填满的空隙中，以进行填充。
23、进一步地，在本发明实施例中，在上述步骤中，当朝下将热传导部件插接入负载部件中的空隙中时，通过凸起部外凸环对补偿部内凸环的限制，以阻止补偿部脱离凸起部。
24、而后，嵌合腔中流入熔融橡胶时，熔融橡胶沿过流间隙进入外凸环与内凸环的缓冲槽中进行填充，接着再沿流孔进入负载部件内未被填满的空隙中。
25、更进一步地，在本发明实施例中，在上述步骤中，当熔融橡胶冷却凝固后，松开对散热块的推动压力即可。
26、为达到上述目的之三，本发明采用以下技术方案：一种超声波系统，所述超声波系统具有上述发明目的之一中所述的超声波探头。
技术特征：
1.一种超声波探头，包括压电元件及设于所述压电元件背面的负载部件，所述压电元件前端面附着接地电极，所述压电元件背端面附着信号电极，所述负载部件接触于所述信号电极，所述负载部件的空隙埋入热传导部件，且所述负载部件背面设置散热块，其特征在于，所述热传导部件与所述散热块连为一体，所述热传导部件与所述散热块为一体式结构，所述热传导部件的主体前端设有凸起部与补偿部，所述凸起部滑动嵌入所述补偿部嵌合腔中；
2.根据权利要求1所述超声波探头，其特征在于，所述接地电极与所述信号电极通过蒸镀、溅射金或银或者烧结银形成于所述压电元件的前面和背面。
3.根据权利要求1所述超声波探头，其特征在于，所述补偿部的顶端面锥环面，所述热传导部件主体悬出所述补偿部的端面部分为锥面。
4.根据权利要求1所述超声波探头，其特征在于，所述压电元件两侧设置有接地端子与信号端子，所述接地端子连接所述接地电极，所述信号端子连接所述信号电极；
5.根据权利要求1所述超声波探头，其特征在于，所述凸起部上端设置有外凸环，所述补偿部下端设置有内凸环，所述内凸环贴合于所述凸起部侧壁，所述补偿部沿所述凸起部滑动时，通过所述外凸环对所述内凸环的限制，以阻止所述补偿部脱离所述凸起部；
6.根据权利要求1所述超声波探头，其特征在于，所述接地电极前面配置有一层或多层声匹配层，所述压电元件排列有多个，多个所述压电元件之间通过隔音层进行隔音。
7.一种自适应连接方法，其特征在于，所述自适应连接方法基于上述权利要求1-6中任一项所述的超声波探头，所述自适应连接方法包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述自适应连接方法，其特征在于，在上述步骤中，当朝下将热传导部件插接入负载部件中的空隙中时，通过凸起部外凸环对补偿部内凸环的限制，以阻止补偿部脱离凸起部；
9.根据权利要求8所述自适应连接方法，其特征在于，在上述步骤中，当熔融橡胶冷却凝固后，松开对散热块的推动压力即可。
10.一种超声波系统，其特征在于，所述超声波系统具有上述权利要求1-6中任一所述的超声波探头。
技术总结
本发明公开了一种超声波探头、自适应连接方法及超声波系统，涉及超声波技术领域，包括压电元件及设于所述压电元件背面的负载部件，负载部件背面设置散热块，热传导部件与散热块连为一体。通过将热传导部件的头端设置可滑动的补偿部结构，在散热块接触负载部件的后续，以注射熔融橡胶的方式，推动补偿部接触压电元件，并且，熔融橡胶又能通过补偿部设置流孔，填充满因补偿部的存在，导致负载部件内存在未被填满的空隙。以此使得散热块既能对热传导部件散热，又能对负载部件散热。解决现有技术中热传导部件的尾端面通常超出负载部件背部面，导致散热块难与负载部件进行紧密接触，从而浪费对负载部件的大面积接触散热问题。
技术研发人员：吴灿华,郭高峰,杜凯
受保护的技术使用者：江苏广大鑫盛精密智造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23