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一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭的制作方法
【專利摘要】一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，包括鐵鈷合金磁介質(zhì)片、多組線圈帶、兩塊永磁體以及換能器殼體，其中的鐵鈷合金磁介質(zhì)片被安裝在換能器器底部用來和被檢測結(jié)構(gòu)直接接觸。當裝置中的線圈產(chǎn)生的交變磁場和永磁體產(chǎn)生的靜磁場正交時，水平剪切位移就會發(fā)生，本發(fā)明可廣泛應用于磁性、非磁性板狀、類板狀及曲面結(jié)構(gòu)中的水平剪切導波檢測，故裝置本身結(jié)構(gòu)小巧，無論是否有耦合劑、無論是磁性或非磁性材料結(jié)構(gòu)、無論平面是否平坦或者彎曲的情況下都能使用，本發(fā)明探頭所激發(fā)和接收的水平剪切超聲導波具有頻率固定和單一的優(yōu)點。
【專利說明】一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明公開一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，按國際專利分類表(IPC)劃分屬于無損檢測領(lǐng)域，涉及一種磁性、非磁性板狀、類板狀及曲面結(jié)構(gòu)的無損檢測裝置。

【背景技術(shù)】
[0003]水平剪切導波是一種在平行于導體表面、在板內(nèi)振動傳播的超聲導波。由于其對導體表面缺陷敏感，且不受導體表面質(zhì)量影響的特點，非常適用于不可達或隱蔽區(qū)域的表面開裂、厚度變薄等缺陷的檢測。采用磁致伸縮換能器產(chǎn)生和接收水平剪切導波是一種有效的方法。這種方法的原理是利用鐵磁物質(zhì)在交變的外磁場中，由于磁化狀態(tài)的改變，其尺寸在各方向發(fā)生變化產(chǎn)生振動。
[0004]目前的磁致伸縮換能器通過具有強烈的磁致伸縮性的薄鐵磁片吸附在被檢測結(jié)構(gòu)表面上完成，在使用前需要將待測結(jié)構(gòu)表面打磨平，只能用于檢測鐵磁性材料，應用范圍窄。在使用時，需要安裝電磁鐵或永磁體等外置磁場，安裝費時，不方便使用，因此需要改進。
[0005]中國文獻CN101813670A公開一種管道軸向超聲導波換能探頭，它包括一預磁化的鎳鐵合金片和多組線圈帶；所述鎳鐵合金片沿待測管道的周向緊密固定在待測管道外壁上，所述鎳鐵合金片上的剩余磁通密度沿待測管道周向分布，該控頭只適用于管道檢測，且鎳鐵合金片需要預磁化處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，可應用于鐵磁性或非鐵磁性材料結(jié)構(gòu)的檢測，在使用中，有無耦合劑都可以激勵和接收相關(guān)的水平剪切導波，無論接觸平面平坦或彎曲的情況下都能使用。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，包括鐵鈷合金磁介質(zhì)片、多組線圈帶、兩塊永磁體以及換能器殼體，其中:
鐵鈷合金磁介質(zhì)片，其設置在換能器殼體底部開口處用來和被檢測結(jié)構(gòu)表面直接接觸；
多組線圈帶，其為一根導線纏繞固定在螺線管上的多組線圈，相鄰兩組線圈中心距離相等，該線圈帶和兩塊永磁體固定在換能器殼體內(nèi)且位于鐵鈷合金磁介質(zhì)片一側(cè)；
永磁體，有兩塊，其分別置于多組線圈帶的兩側(cè)以提供靜態(tài)磁場并與多組線圈帶通電產(chǎn)生正交磁場進行超聲導波的激發(fā)和接收。
[0008]進一步，所述多組線圈帶的導線的起始端連接檢測裝置的前置放大器，多組線圈帶的導線末端依次連接阻抗器和示波器。
[0009]進一步,所述鐵鈷合金磁介質(zhì)片的厚度為0.2"1_。
[0010]進一步，所述鐵鈷合金磁介質(zhì)片內(nèi)的水平剪切超聲導波的波長為相鄰兩組線圈帶的中心距離的2倍。
[0011]進一步，所述多組線圈帶的總組數(shù)為3?10組，每組線圈的導線匝數(shù)為2?20匝。
[0012]進一步，所述多組線圈帶的每組線圈的繞設斜度與螺線管軸線垂直。
[0013]本發(fā)明可廣泛應用于磁性、非磁性板狀、類板狀及曲面結(jié)構(gòu)中的水平剪切導波檢測，本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點:
1.由于本發(fā)明采取永磁體和繞組線帶通電產(chǎn)生正交磁場進行超聲導波的激發(fā)和接收，故裝置本身結(jié)構(gòu)小巧，且對待測構(gòu)件的材料形狀沒有特殊要求，無論是否有耦合劑、無論是磁性或非磁性材料結(jié)構(gòu)、無論平面是否平坦或者彎曲的情況下都能使用；
[0014]2.本發(fā)明由于采用等間隔線圈纏繞方式，所激發(fā)和接收的水平剪切超聲導波的波長是各組線圈間中心距離的二倍，故具有選頻功能，所激發(fā)和接收的水平剪切超聲導波具有頻率固定和單一的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的原理示意圖。
[0016]圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖3是本發(fā)明多組線圈繞管的示意圖。
[0018]圖4是運用于本發(fā)明激勵/接收的水平剪切導波信號時域圖。
[0019]圖5是運用于本發(fā)明激勵/接收的水平剪切導波信號頻域圖。

【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
實施例:請參閱圖1至圖5，一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，包括鐵鈷合金磁介質(zhì)片1、多組線圈帶2、兩塊永磁體3以及換能器殼體4，其中:鐵鈷合金磁介質(zhì)片I設置在換能器殼體4底部開口處用來和被檢測結(jié)構(gòu)表面直接接觸；多組線圈帶2為一根導線纏繞固定在螺線管上的多組線圈，相鄰兩組線圈中心距離相等，該線圈帶和兩塊永磁體固定在換能器殼體內(nèi)且位于鐵鈷合金磁介質(zhì)片一側(cè)；永磁體4有兩塊,其分別置于多組線圈帶的兩側(cè)以提供靜態(tài)磁場并與多組線圈帶通電產(chǎn)生正交磁場進行超聲導波的激發(fā)和接收。本發(fā)明多組線圈帶3的導線的起始端連接檢測裝置的前置放大器，多組線圈帶的導線末端依次連接阻抗器和示波器。本發(fā)明采用的鐵鈷合金磁介質(zhì)片I的厚度為
0.2?lmm。鐵鈷合金磁介質(zhì)片I內(nèi)的水平剪切超聲導波的波長為相鄰兩組線圈帶的中心距離的2倍。本發(fā)明的多組線圈帶的總組數(shù)為:TlO組，每組線圈的導線匝數(shù)為疒20匝。多組線圈帶2的每組線圈的繞設斜度與螺線管軸線垂直。
[0021]本發(fā)明的換能器殼體4包括外部的盒子41及固定多組線圈帶、永磁體的支架42和固定塊43，盒子、支架及固定塊構(gòu)成鐵鈷合金磁介質(zhì)片、多組線圈帶、兩塊永磁體的密封及連接構(gòu)件。
[0022]本發(fā)明涉及一種在板狀結(jié)構(gòu)中激勵和接收水平剪切導波的超聲換能探頭，它包括鐵鈷合金磁介質(zhì)片1、多組線圈繞管2、兩塊永磁體3以及密封和連接構(gòu)件；鐵鈷合金磁介質(zhì)片被安裝在換能器器底部用來和被檢測結(jié)構(gòu)直接接觸。當裝置中的線圈產(chǎn)生的交變磁場和永磁體產(chǎn)生的靜磁場正交時，水平剪切位移就會發(fā)生。所用鐵鈷磁介質(zhì)片緊密吸附在待測平板狀結(jié)構(gòu)表面；多組線圈繞管為一根導線纏繞固定在螺線管上，相鄰兩組線圈中心距離相等；兩塊永磁體分別固定在多組線圈繞管兩側(cè)。多組線導線的末端連接匹配接阻抗器。本發(fā)明可廣泛應用于磁性、非磁性板狀、類板狀及曲面結(jié)構(gòu)中的水平剪切導波檢測。
[0023]本發(fā)明包括鐵鈷合金片1、多組線圈帶2和兩個永磁體3，其中:
鐵鈷合金片I為矩形，置于整個裝置的最底部，保證其與待測件緊密接觸以保證產(chǎn)生的水平剪切超聲導波有效的傳入待測件內(nèi)部；
多組線圈帶2是用一根導線繞制在螺線管上，相鄰兩組線圈間的中心距離相等，以保證水平剪切超聲導波波長等于兩倍的相鄰距離，即，工作頻率的表達式是:
其中/是水平剪切導波的頻率，c是水平剪切導波的相速度，V是指可以設計改變的兩組線圈帶的中心距離；
永磁體3有兩塊，分別置于多組線圈帶2的兩側(cè)，以提供靜態(tài)磁場。
[0024]檢測裝置的前置放大器連接多組線圈帶2的導線的起始端，多組線圈帶2的導線末端依次連接了阻抗器和示波器。
[0025]本發(fā)明的工作原理為:
1.水平剪切導波的激發(fā):功率放大器將產(chǎn)生信號傳送給多組線圈帶2，并在螺線管中產(chǎn)生交變磁場，與永磁體3的靜磁場正交，使鐵鈷合金片I上磁疇在靜態(tài)位置附近運動，鐵鈷合金片I隨之沿交變磁場方向變化，即產(chǎn)生磁致伸縮效應。鐵鈷合金片I來回周期性振動即產(chǎn)生水平剪切超聲導波，其波長為相鄰線圈中心距離的二倍。由于鐵鈷合金片I和待測件緊密接觸，水平剪切超聲導波可傳入待測件內(nèi)部，并實現(xiàn)超聲信號激發(fā)。
[0026]2.當水平剪切超聲導波遇到待測件表面有振動時，水平剪切超聲導波透射回鐵鈷合金片1，使鐵鈷合金片I上磁疇往復運動，產(chǎn)生動態(tài)交變磁場，即逆磁致伸縮效應。動態(tài)交變磁場在繞組線圈2上產(chǎn)生感應電動勢，電勢經(jīng)阻抗器過濾后通過示波器顯示，實現(xiàn)超聲導波信號的接收。
[0027]本發(fā)明實施例中，鐵鈷合金片I的厚度為0.2?Imm
本發(fā)明實施例中，繞組線圈的總組數(shù)為3?10組，每組線圈的導線匝數(shù)為2?20匝。
[0028]本發(fā)明采用上述結(jié)構(gòu)，一方面裝置小巧、輕便且適用范圍廣泛，對待測構(gòu)件的材料形狀沒有特殊要求，無論是否有耦合劑、無論是磁性或非磁性材料結(jié)構(gòu)、無論平面是否平坦或者彎曲的情況下都能使用。
[0029]以上所記載，僅為利用本創(chuàng)作技術(shù)內(nèi)容的實施例，任何熟悉本項技藝者運用本創(chuàng)作所做的修飾、變化，皆屬本創(chuàng)作主張的專利范圍，而不限于實施例所揭示者。
【權(quán)利要求】
1.一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，其特征在于包括鐵鈷合金磁介質(zhì)片、多組線圈帶、兩塊永磁體以及換能器殼體，其中: 鐵鈷合金磁介質(zhì)片，其設置在換能器殼體底部開口處用來和被檢測結(jié)構(gòu)表面直接接觸； 多組線圈帶，其為一根導線纏繞固定在螺線管上的多組線圈，相鄰兩組線圈中心距離相等，該線圈帶和兩塊永磁體固定在換能器殼體內(nèi)且位于鐵鈷合金磁介質(zhì)片一側(cè)； 永磁體，有兩塊，其分別置于多組線圈帶的兩側(cè)以提供靜態(tài)磁場并與多組線圈帶通電產(chǎn)生正交磁場進行超聲導波的激發(fā)和接收。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，其特征在于:所述多組線圈帶的導線的起始端連接檢測裝置的前置放大器，多組線圈帶的導線末端依次連接阻抗器和示波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，其特征在于:所述鐵鈷合金磁介質(zhì)片的厚度為0.2?1_。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，其特征在于:所述鐵鈷合金磁介質(zhì)片內(nèi)的水平剪切超聲導波的波長為相鄰兩組線圈帶的中心距離的2倍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，其特征在于:所述多組線圈帶的總組數(shù)為3?10組，每組線圈的導線匝數(shù)為2?20匝。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，其特征在于:所述多組線圈帶的每組線圈的繞設斜度與螺線管軸線垂直。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種激勵和接收超聲水平剪切導波的超聲換能探頭，其特征在于:所述多組線圈帶的每組線圈的繞設斜度與螺線管軸線垂直。
【文檔編號】G01N29/24GK104076094SQ201410204890
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年5月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月15日
【發(fā)明者】李衛(wèi)彬, 胡詩誠, 秦曉旭 申請人:廈門大學