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一種激勵(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)波的超聲換能探頭的制作方法
【專利摘要】一種激勵(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)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(lái)和被檢測(cè)結(jié)構(gòu)直接接觸。當(dāng)裝置中的線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)和永磁體產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)正交時(shí)，水平剪切位移就會(huì)發(fā)生，本發(fā)明可廣泛應(yīng)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(dǎo)波檢測(cè)，故裝置本身結(jié)構(gòu)小巧，無(wú)論是否有耦合劑、無(wú)論是磁性或非磁性材料結(jié)構(gòu)、無(wú)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(dǎo)波具有頻率固定和單一的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種激勵(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)波的超聲換能探頭

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明公開(kāi)一種激勵(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)波的超聲換能探頭，按國(guó)際專利分類表(IPC)劃分屬于無(wú)損檢測(cè)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(wú)損檢測(cè)裝置。

【背景技術(shù)】
[0003]水平剪切導(dǎo)波是一種在平行于導(dǎo)體表面、在板內(nèi)振動(dòng)傳播的超聲導(dǎo)波。由于其對(duì)導(dǎo)體表面缺陷敏感，且不受導(dǎo)體表面質(zhì)量影響的特點(diǎn)，非常適用于不可達(dá)或隱蔽區(qū)域的表面開(kāi)裂、厚度變薄等缺陷的檢測(cè)。采用磁致伸縮換能器產(chǎn)生和接收水平剪切導(dǎo)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(chǎng)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(dòng)。
[0004]目前的磁致伸縮換能器通過(guò)具有強(qiáng)烈的磁致伸縮性的薄鐵磁片吸附在被檢測(cè)結(jié)構(gòu)表面上完成，在使用前需要將待測(cè)結(jié)構(gòu)表面打磨平，只能用于檢測(cè)鐵磁性材料，應(yīng)用范圍窄。在使用時(shí)，需要安裝電磁鐵或永磁體等外置磁場(chǎng)，安裝費(fèi)時(shí)，不方便使用，因此需要改進(jìn)。
[0005]中國(guó)文獻(xiàn)CN101813670A公開(kāi)一種管道軸向超聲導(dǎo)波換能探頭，它包括一預(yù)磁化的鎳鐵合金片和多組線圈帶；所述鎳鐵合金片沿待測(cè)管道的周向緊密固定在待測(cè)管道外壁上，所述鎳鐵合金片上的剩余磁通密度沿待測(cè)管道周向分布，該控頭只適用于管道檢測(cè)，且鎳鐵合金片需要預(yù)磁化處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種激勵(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)波的超聲換能探頭，可應(yīng)用于鐵磁性或非鐵磁性材料結(jié)構(gòu)的檢測(cè)，在使用中，有無(wú)耦合劑都可以激勵(lì)和接收相關(guān)的水平剪切導(dǎo)波，無(wú)論接觸平面平坦或彎曲的情況下都能使用。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種激勵(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)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(shè)置在換能器殼體底部開(kāi)口處用來(lái)和被檢測(cè)結(jié)構(gòu)表面直接接觸；
多組線圈帶，其為一根導(dǎo)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(chǎng)并與多組線圈帶通電產(chǎn)生正交磁場(chǎng)進(jìn)行超聲導(dǎo)波的激發(fā)和接收。
[0008]進(jìn)一步，所述多組線圈帶的導(dǎo)線的起始端連接檢測(cè)裝置的前置放大器，多組線圈帶的導(dǎo)線末端依次連接阻抗器和示波器。
[0009]進(jìn)一步,所述鐵鈷合金磁介質(zhì)片的厚度為0.2"1_。
[0010]進(jìn)一步，所述鐵鈷合金磁介質(zhì)片內(nèi)的水平剪切超聲導(dǎo)波的波長(zhǎng)為相鄰兩組線圈帶的中心距離的2倍。
[0011]進(jìn)一步，所述多組線圈帶的總組數(shù)為3?10組，每組線圈的導(dǎo)線匝數(shù)為2?20匝。
[0012]進(jìn)一步，所述多組線圈帶的每組線圈的繞設(shè)斜度與螺線管軸線垂直。
[0013]本發(fā)明可廣泛應(yīng)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(dǎo)波檢測(cè)，本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):
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(chǎng)進(jìn)行超聲導(dǎo)波的激發(fā)和接收，故裝置本身結(jié)構(gòu)小巧，且對(duì)待測(cè)構(gòu)件的材料形狀沒(méi)有特殊要求，無(wú)論是否有耦合劑、無(wú)論是磁性或非磁性材料結(jié)構(gòu)、無(wú)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(dǎo)波的波長(zhǎng)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(dǎo)波具有頻率固定和單一的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)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(yùn)用于本發(fā)明激勵(lì)/接收的水平剪切導(dǎo)波信號(hào)時(shí)域圖。
[0019]圖5是運(yùn)用于本發(fā)明激勵(lì)/接收的水平剪切導(dǎo)波信號(hào)頻域圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:
實(shí)施例:請(qǐng)參閱圖1至圖5，一種激勵(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)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(shè)置在換能器殼體4底部開(kāi)口處用來(lái)和被檢測(cè)結(jié)構(gòu)表面直接接觸；多組線圈帶2為一根導(dǎo)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(chǎng)并與多組線圈帶通電產(chǎn)生正交磁場(chǎng)進(jìn)行超聲導(dǎo)波的激發(fā)和接收。本發(fā)明多組線圈帶3的導(dǎo)線的起始端連接檢測(cè)裝置的前置放大器，多組線圈帶的導(dǎo)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(dǎo)波的波長(zhǎng)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(dǎo)線匝數(shù)為疒20匝。多組線圈帶2的每組線圈的繞設(shè)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(lì)和接收水平剪切導(dǎo)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(lái)和被檢測(cè)結(jié)構(gòu)直接接觸。當(dāng)裝置中的線圈產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)和永磁體產(chǎn)生的靜磁場(chǎng)正交時(shí)，水平剪切位移就會(huì)發(fā)生。所用鐵鈷磁介質(zhì)片緊密吸附在待測(cè)平板狀結(jié)構(gòu)表面；多組線圈繞管為一根導(dǎo)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(dǎo)線的末端連接匹配接阻抗器。本發(fā)明可廣泛應(yīng)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(dǎo)波檢測(cè)。
[0023]本發(fā)明包括鐵鈷合金片1、多組線圈帶2和兩個(gè)永磁體3，其中:
鐵鈷合金片I為矩形，置于整個(gè)裝置的最底部，保證其與待測(cè)件緊密接觸以保證產(chǎn)生的水平剪切超聲導(dǎo)波有效的傳入待測(cè)件內(nèi)部；
多組線圈帶2是用一根導(dǎo)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(dǎo)波波長(zhǎng)等于兩倍的相鄰距離，即，工作頻率的表達(dá)式是:
其中/是水平剪切導(dǎo)波的頻率，c是水平剪切導(dǎo)波的相速度，V是指可以設(shè)計(jì)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(chǎng)。
[0024]檢測(cè)裝置的前置放大器連接多組線圈帶2的導(dǎo)線的起始端，多組線圈帶2的導(dǎo)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(dǎo)波的激發(fā):功率放大器將產(chǎn)生信號(hào)傳送給多組線圈帶2，并在螺線管中產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，與永磁體3的靜磁場(chǎng)正交，使鐵鈷合金片I上磁疇在靜態(tài)位置附近運(yùn)動(dòng)，鐵鈷合金片I隨之沿交變磁場(chǎng)方向變化，即產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)。鐵鈷合金片I來(lái)回周期性振動(dòng)即產(chǎn)生水平剪切超聲導(dǎo)波，其波長(zhǎng)為相鄰線圈中心距離的二倍。由于鐵鈷合金片I和待測(cè)件緊密接觸，水平剪切超聲導(dǎo)波可傳入待測(cè)件內(nèi)部，并實(shí)現(xiàn)超聲信號(hào)激發(fā)。
[0026]2.當(dāng)水平剪切超聲導(dǎo)波遇到待測(cè)件表面有振動(dòng)時(shí)，水平剪切超聲導(dǎo)波透射回鐵鈷合金片1，使鐵鈷合金片I上磁疇往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)交變磁場(chǎng)，即逆磁致伸縮效應(yīng)。動(dòng)態(tài)交變磁場(chǎng)在繞組線圈2上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，電勢(shì)經(jīng)阻抗器過(guò)濾后通過(guò)示波器顯示，實(shí)現(xiàn)超聲導(dǎo)波信號(hào)的接收。
[0027]本發(fā)明實(shí)施例中，鐵鈷合金片I的厚度為0.2?Imm
本發(fā)明實(shí)施例中，繞組線圈的總組數(shù)為3?10組，每組線圈的導(dǎo)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(duì)待測(cè)構(gòu)件的材料形狀沒(méi)有特殊要求，無(wú)論是否有耦合劑、無(wú)論是磁性或非磁性材料結(jié)構(gòu)、無(wú)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(shí)施例，任何熟悉本項(xiàng)技藝者運(yùn)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(shí)施例所揭示者。
【權(quán)利要求】
1.一種激勵(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)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(shè)置在換能器殼體底部開(kāi)口處用來(lái)和被檢測(cè)結(jié)構(gòu)表面直接接觸； 多組線圈帶，其為一根導(dǎo)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(chǎng)并與多組線圈帶通電產(chǎn)生正交磁場(chǎng)進(jìn)行超聲導(dǎo)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(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)波的超聲換能探頭，其特征在于:所述多組線圈帶的導(dǎo)線的起始端連接檢測(cè)裝置的前置放大器，多組線圈帶的導(dǎo)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(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)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(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)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(dǎo)波的波長(zhǎng)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(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)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(dǎo)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(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)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(shè)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(lì)和接收超聲水平剪切導(dǎo)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(shè)斜度與螺線管軸線垂直。
【文檔編號(hào)】G01N29/24GK104076094SQ201410204890
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)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(shī)誠(chéng), 秦曉旭 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)