一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電磁超聲檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種用于產(chǎn)生表面波和蘭姆波的雙模電磁超聲的探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]超聲波是重要無損檢測(cè)的手段，其穿透能力強(qiáng)，能對(duì)試件內(nèi)部和表面缺陷進(jìn)行檢測(cè)，缺陷定位準(zhǔn)確，對(duì)面積型缺陷的檢出率較高，靈敏度高，可檢測(cè)試件內(nèi)部尺寸很小的缺陷。目前無損探傷的主要使用壓電超聲換能器產(chǎn)生超聲波，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，換能效率較高，但是由于使用時(shí)需要耦合劑，需要對(duì)被測(cè)材料表面進(jìn)行預(yù)處理，測(cè)量溫度和速度的限制這些缺點(diǎn)使得超聲無損檢測(cè)在工業(yè)在線無損檢測(cè)上的應(yīng)用一直存在困難，需要使用很復(fù)雜且密封很好的機(jī)械結(jié)構(gòu)才能進(jìn)行檢測(cè)，另外由于適合大面積探傷的表面波和蘭姆波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方式比較特殊，壓電探頭需要使用特殊的透聲楔才能獲得，探頭的結(jié)構(gòu)會(huì)比較的復(fù)雜，影響探頭的實(shí)用價(jià)值。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]現(xiàn)有技術(shù)難以滿足人們的生產(chǎn)生活需要，為了解決上述存在的問題，本實(shí)用新型提出了一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，該探頭能夠高效的產(chǎn)生電磁超聲進(jìn)行無損檢測(cè)，并根據(jù)待測(cè)的試件厚度，方便的在產(chǎn)生表面波和蘭姆波之間進(jìn)行切換，對(duì)試件材料進(jìn)行無損檢測(cè)。
[0004]為實(shí)現(xiàn)該技術(shù)目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，包括激勵(lì)線圈、1#電磁鐵、2#電磁鐵、試件材料、嵌入式系統(tǒng)、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路、顯示屏、信號(hào)發(fā)生電路、功率放大電路、阻抗匹配電路和可調(diào)直流電源；所述激勵(lì)線圈I為漆包線繞制成跑道型結(jié)構(gòu)；所述1#電磁鐵和2#電磁鐵為勵(lì)磁磁鐵。
[0005]所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路、可調(diào)直流電源、顯示屏和信號(hào)發(fā)生電路均與嵌入式系統(tǒng)連接；所述信號(hào)發(fā)生電路連接功率放大電路，且功率放大電路連接阻抗匹配電路，且阻抗匹配電路連接激勵(lì)線圈。
[0006]進(jìn)一步，所述嵌入式系統(tǒng)為STM32芯片及其外圍電路，通過I/O端口和PWM控制電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，通過I/o端口控制信號(hào)發(fā)生電路和調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓，通過SPI接口控制顯不屏。
[0007]進(jìn)一步，所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路包括帶PWM調(diào)節(jié)的開關(guān)電源電路，電源輸出可調(diào)直流電壓用于驅(qū)動(dòng)1#電磁鐵和2#電磁鐵。
[0008]進(jìn)一步，所述顯示屏包括IXD顯示器及其驅(qū)動(dòng)電路。
[0009]進(jìn)一步，所述信號(hào)發(fā)生電路包括脈沖信號(hào)發(fā)生電路，用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)。
[0010]進(jìn)一步，所述功率放大電路包括光電隔離電路，吸收電路和全橋電路，對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大。
[0011]進(jìn)一步，所述阻抗匹配電路包括激勵(lì)線圈阻抗匹配電路，匹配后的脈沖電信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈。
[0012]進(jìn)一步，所述可調(diào)直流電源包括輸出電壓可調(diào)的直流電源。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果:該能產(chǎn)生各種超聲波形，特別是表面波和蘭姆波；在試件一端激發(fā)出表面波或者蘭姆波就能使用線掃描的方式對(duì)試件進(jìn)行大范圍的快速檢查，較之體波逐點(diǎn)掃描檢測(cè)效率顯著提高，特別適合板材的無損檢測(cè)，可對(duì)高溫，高速物體進(jìn)行檢測(cè)，無需與被測(cè)試件表面接觸，無需耦合劑，能夠有效的實(shí)現(xiàn)超聲波自動(dòng)化檢測(cè)。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的探頭結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型的激勵(lì)線圈的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3為本實(shí)用新型的控制電路原理示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面將對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0018]請(qǐng)參閱說明書附圖1?3，本實(shí)用新型實(shí)施例中，一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，包括激勵(lì)線圈1、1#電磁鐵2、2#電磁鐵3、試件材料4、嵌入式系統(tǒng)5、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路6、顯示屏7、信號(hào)發(fā)生電路8、功率放大電路9、阻抗匹配電路10和可調(diào)直流電源11。所述激勵(lì)線圈I為漆包線繞制成跑道型結(jié)構(gòu)；所述1#電磁鐵2和2#電磁鐵3為勵(lì)磁磁鐵，且與電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路6連接。所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路6、可調(diào)直流電源11、顯示屏7和信號(hào)發(fā)生電路8均與嵌入式系統(tǒng)5連接；所述信號(hào)發(fā)生電路8連接功率放大電路9，且功率放大電路9連接阻抗匹配電路10，且阻抗匹配電路10連接激勵(lì)線圈。
[0019]進(jìn)一步，所述激勵(lì)線圈I為0.4mm漆包線繞制成跑道型，線圈的個(gè)數(shù)和線圈的匝數(shù)可自行控制，線圈的間距和長度根據(jù)激勵(lì)信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)整。1#電磁鐵2和2#電磁鐵3為勵(lì)磁磁鐵，鐵芯由低碳鋼制作，勵(lì)磁線圈緊密繞制在鐵芯上，通過調(diào)整勵(lì)磁電流的大小改變磁場(chǎng)的強(qiáng)度。試件材料4為待測(cè)鐵磁金屬板材。
[0020]進(jìn)一步，所述嵌入式系統(tǒng)5為STM32芯片及其外圍電路，通過I/O端口和PWM控制電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，通過I/o端口控制信號(hào)發(fā)生電路和調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓，通過SPI接口控制顯示屏；所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路6為帶PWM接口的開關(guān)電源；所述信號(hào)發(fā)生電路8用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)，所述功率放大電路9光電隔離電路，吸收電路和全橋電路，用于對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大，所述阻抗匹配電路10用于激勵(lì)線圈和驅(qū)動(dòng)電路的阻抗匹配，所述可調(diào)直流電源11用于輸出可調(diào)直流電壓。
[0021]第一部分為電磁超聲換能裝置包括激勵(lì)線圈1、1#電磁鐵2、2#電磁鐵3、試件材料4。激勵(lì)電路輸出交變電流進(jìn)入激勵(lì)線圈，線圈產(chǎn)生交變磁場(chǎng)在試件材料上感應(yīng)出交變電渦流，根據(jù)試件材料的厚度，如果試件材料為薄板，嵌入式系統(tǒng)控制電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)1#電磁鐵在試件材料上產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)裝置就會(huì)沿方向2產(chǎn)生蘭姆波，用于試件材料的無損檢測(cè)，如果試件材料為厚板，嵌入式系統(tǒng)控制電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)2#電磁鐵在試件材料上產(chǎn)生磁場(chǎng)，此時(shí)裝置就會(huì)沿方向I產(chǎn)生表面波，用于試件材料的無損檢測(cè)。
[0022]第二部分為激勵(lì)電路包括嵌入式系統(tǒng)5、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路6、顯示屏7、信號(hào)發(fā)生電路8、功率放大電路9、阻抗匹配電路10和可調(diào)直流電源11。嵌入式系統(tǒng)5為STM32芯片及其外圍電路，STM32作為系統(tǒng)的主控芯片，控制顯示屏的顯示，控制磁場(chǎng)方向來切換表面波和蘭姆波，調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度，調(diào)整超聲波的頻率，幅度。電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路6為帶PWM接口的開關(guān)電源，STM32通過產(chǎn)生PWM波控制電源電壓來調(diào)節(jié)電磁鐵磁場(chǎng)大小。顯示屏7為LCD顯示模塊用于實(shí)時(shí)顯示超聲波類型，頻率和幅度等信息。信號(hào)發(fā)生電路8用于產(chǎn)生控制功率放大電路的脈沖信號(hào)。功率放大電路9通過MOSFET管組成全橋電路，產(chǎn)生大功率的脈沖電流以驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈。阻抗匹配電路10用于激勵(lì)線圈和驅(qū)動(dòng)電路的阻抗匹配?？烧{(diào)直流電源11用于調(diào)整大功率脈沖電流的大小。根據(jù)試件材料的厚度，嵌入式系統(tǒng)控制電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路分別驅(qū)動(dòng)1#電磁鐵和2#電磁鐵，并根據(jù)超聲無損檢測(cè)對(duì)超聲幅度的需要，產(chǎn)生PWM波控制電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路輸出電流的大小，對(duì)電磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度進(jìn)行控制，通過I/O 口控制可調(diào)直流電源輸出電壓，對(duì)交變激勵(lì)電流進(jìn)行控制。同時(shí)嵌入式系統(tǒng)通過I/O端口控制信號(hào)發(fā)生電路輸出4路脈沖信號(hào)，調(diào)整脈沖信號(hào)的頻率可以改變超聲信號(hào)的頻率，脈沖信號(hào)控制功率放大電路中的全橋電路導(dǎo)通時(shí)序，將可調(diào)直流電源的輸出轉(zhuǎn)化為大電流交變脈沖經(jīng)過阻抗匹配電路后驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈。
[0023]對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，然而本實(shí)用新型不限于上述示范性實(shí)施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本實(shí)用新型的精神或基本特征的情況下，能夠以其它的具體形式實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。因此，無論從哪一點(diǎn)來看，均應(yīng)將實(shí)施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本實(shí)用新型內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0024]以上所述，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡是依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何細(xì)微修改、等同替換和改進(jìn)，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型技術(shù)方案的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，包括激勵(lì)線圈、1#電磁鐵、2#電磁鐵、試件材料、嵌入式系統(tǒng)、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路、顯示屏、信號(hào)發(fā)生電路、功率放大電路、阻抗匹配電路和可調(diào)直流電源；其特征在于:所述激勵(lì)線圈為漆包線繞制成跑道型結(jié)構(gòu)；所述1#電磁鐵和2#電磁鐵為勵(lì)磁磁鐵，且電磁驅(qū)動(dòng)電路與電磁鐵連接；所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路、可調(diào)直流電源、顯示屏和信號(hào)發(fā)生電路均與嵌入式系統(tǒng)連接；所述信號(hào)發(fā)生電路連接功率放大電路，且功率放大電路連接阻抗匹配電路，且阻抗匹配電路連接激勵(lì)線圈。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，其特征在于:所述嵌入式系統(tǒng)為STM32芯片及其外圍電路，通過I/O端口和PWM控制電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路，通過I/O端口控制信號(hào)發(fā)生電路和調(diào)節(jié)直流電源輸出電壓，通過SPI接口控制顯示屏。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，其特征在于:所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路包括帶PWM調(diào)節(jié)的開關(guān)電源電路，電源輸出可調(diào)直流電壓用于驅(qū)動(dòng)1#電磁鐵和2#電磁鐵。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，其特征在于:所述顯示屏包括IXD顯示器及其驅(qū)動(dòng)電路。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，其特征在于:所述信號(hào)發(fā)生電路包括脈沖信號(hào)發(fā)生電路，用于產(chǎn)生脈沖信號(hào)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，其特征在于:所述功率放大電路包括光電隔離電路，吸收電路和全橋電路，對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，其特征在于:所述阻抗匹配電路包括激勵(lì)線圈阻抗匹配電路，匹配后的脈沖電信號(hào)用于驅(qū)動(dòng)激勵(lì)線圈。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，其特征在于:所述可調(diào)直流電源包括輸出電壓可調(diào)的直流電源。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種表面波和蘭姆波雙模電磁超聲探頭，包括激勵(lì)線圈、1#電磁鐵、2#電磁鐵、試件材料、嵌入式系統(tǒng)、電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路、顯示屏、信號(hào)發(fā)生電路、功率放大電路、阻抗匹配電路和可調(diào)直流電源；其特征在于：所述激勵(lì)線圈為漆包線繞制成跑道型結(jié)構(gòu)；所述1#電磁鐵和2#電磁鐵為勵(lì)磁磁鐵，且電磁驅(qū)動(dòng)電路與電磁鐵連接；所述電磁鐵驅(qū)動(dòng)電路、可調(diào)直流電源、顯示屏和信號(hào)發(fā)生電路均與嵌入式系統(tǒng)連接；所述信號(hào)發(fā)生電路連接功率放大電路，且功率放大電路連接阻抗匹配電路，且阻抗匹配電路連接探頭激勵(lì)線圈。該探頭能夠高效的產(chǎn)生電磁超聲進(jìn)行無損檢測(cè)，并根據(jù)待測(cè)的試件厚度，方便的在產(chǎn)生表面波和蘭姆波之間進(jìn)行切換，對(duì)試件材料進(jìn)行無損檢測(cè)。
【IPC分類】G01N29/24
【公開號(hào)】CN204705619
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520319792
【發(fā)明人】胡力
【申請(qǐng)人】吉首大學(xué)
【公開日】2015年10月14日
【申請(qǐng)日】2015年5月12日