超聲波檢測用探頭結構專利技術綜述

劉俊　張若劍

摘 要：超聲波探傷與其他常規無損檢測技術相比，具有檢測對象廣泛，缺陷定位準確、定位快等優點，而超聲探頭在超聲檢測技術中占據重要的位置，其屬于超聲檢測的核心組成部件，由于其結構不同，將分成不同的類型，文章對不同結構的超聲探頭專利申請入手，分析其技術發展脈絡，對各技術分支進行專利分析。

關鍵詞：超聲波；無損探傷；探頭；壓電式

中圖分類號：N18 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）17-0027-02

Abstract： Compared with other conventional nondestructive testing techniques， ultrasonic flaw detection has the advantages of wide range of detection objects， accurate location of defects and fast positioning， while ultrasonic probe occupies an important position in ultrasonic testing technology. Its core components used for ultrasonic detection， due to its different structures， can be divided into different types. This paper starts with the patent application of ultrasonic probes with different structures， analyzes the development of the technology， and analyzes the patent of each technical branch.

Keywords： ultrasonic wave； non-destructive testing （NDT）； probe； piezoelectric type

引言

超聲波探傷，是無損檢測中的重要方法，廣泛運用于各個領域。超聲波探傷技術起始于20世紀30年代，經歷了超聲波穿透法、聲納法、脈沖反射法等一系列發展[1]，發展到20世紀60年代，超聲波探傷已經在工業各個領域中得到廣泛的應用。20世紀70年代計算機技術進入超聲波探傷領域，使探傷設備抗干擾能力得到提高，計算機強大的運算能力也讓探傷儀具有了自動讀數、識別、補償、定量和報警的能力。20世紀80年代，大規模集成電路和微機技術的發展給數字超聲波探傷儀注入了新的活力，使得檢測數據更加形象具體，現今，超聲波探傷儀已被廣泛地應用于冶金、機械、建筑、航空航天等多個工業領域，且自動化、圖像化的超聲波探傷技術也取得顯著成效[2]。

1 超聲檢測用探頭的專利技術分析

1.1 專利技術分支

本文首先通過對非專利庫和中文專利庫的檢索獲得常用的中英文檢索關鍵詞，然后在CNABS、DWPI數據庫中構建檢索式進行檢索，數據截止2016年底（包括2016年），先對檢索結果進行粗篩，排除掉相差較遠的，當文獻量達到800篇左右時進行細篩，選出有關超聲探頭結構的專利，并仔細瀏覽其結構組成，根據超聲探頭的工作原理不同，主要分成壓電式和磁致伸縮式； 根據原理和結構的不同，獲得技術分解表格及相關定義表格如表1。

1.2 超聲用探頭的專利申請量年度分布

本文對2017年之前的超聲有關專利申請數量進行了統計分析形成圖1。

如圖1所述，有關超聲用兩種探頭的專利申請最早出現在1962年左右，之后得到大力發展，尤其是磁致伸縮式超聲探頭，在1970-1990年代得到長足的發展，而對于壓電式，申請量相對較少，而進入21世紀后，壓電式超聲探頭逐漸占領上方，尤其是在1995年到2008年左右，申請量逐漸上升，平均申請量在20～30件左右，而在2015～2016年申請量到達一定的高度，而至于在2017年的申請量下降，是由于在2016～2017年的部分專利還未進行公開，無法進行統計，并不能說明專利申請量在下降。

而對于國內的有關壓電超聲探頭的年度申請量，見圖2，其年度申請量趨勢與全球申請量保持一致，其主要原因在于我國的申請量相比于其他國家，其申請量占主要部分，申請量在2000年以后進入快速增長階段，于2015年左右申請量增長至最大，我國或在2016、2017年申請量又進入一個新的高度。

1.3 壓電式超聲探頭專利申請原創國及目標國分布

為了比較各國在超聲探頭領域的研發能力和技術水平，本文選擇原創國對檢索數據進行分析，在多個同族申請中，只按原創國統計一次，統計結果如圖3所示，由圖中可知，中國、美國、日本、韓國、德國是專利申請的主要原創國，上述五個國家或地區的申請量占到了全球申請總量的96%，其中中國占54%，美國占21%，日本占14%，韓國占6%，德國占1%，尤其是我國在最近的十幾年里，由于基礎建設的高速發展，城市建筑業的爆發，其中特別是鋼管、鋼材等多種材料的運用，使得對其具有較高的質量要求，無論是生產中或材料應用中，均需對材料進行無損檢測，而采用超聲探頭進行探傷則屬于本領域常用的一種無損探傷方式，使得超聲探頭得到迅猛發展。

1.4 壓電式超聲探頭重要申請人申請量

對申請人進行分析，如圖4，由圖可知，其申請量主要來源于國外的大型公司，其中以美國公司的申請量為主，排名第一的來自美國的蝴蝶網絡公司，其申請量占據第一，達到37件，而國內申請量主要來源于研究所和國家電網，其申請量相對靠前，而對于其他申請量未進入前10的公司，經過對數據進行分析，發現其申請量相對較分散，同一個申請人對于超聲探頭結構未作過多的研究，尤其是高校，對于超聲探頭結構的研究相對較少，其更多的無損探傷時是利用現成的結構進行檢測，未對結構做出重要的改進。

2 結束語

本文詳細梳理了超聲波檢測用探頭的技術研究情況，通過檢索以及對檢索結果的分析和整理，重點分析了有關壓電式超聲探頭結構的重要的申請人，同時也了解了有關超聲探頭的主要原創國和專利申請量的變化趨勢，經過幾十年的發展，有關超聲探頭結構已經趨于成熟，尤其是我國在超聲探頭方面具有較強的優勢，企業在申請量上保持一定優勢，而高校相對落后，本文通過對超聲探頭技術發展進行梳理，希望對后續的技術開發與專利申請能夠提供指導性意見。

參考文獻：

[1]劉天佑.鋼材質量檢驗[M].北京：冶金工業出版社，2007.

[2]沈建中.超聲無損檢測的進展——學會成立20周年回顧[J].無損檢測，1998，02：31-33+38.