一種電磁超聲換能器的制造方法
【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)，特別涉及一種電磁超聲換能器。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁超聲換能器(Electromagneticacoustic transducer，簡(jiǎn)稱(chēng) EMAT)是一種電磁超聲發(fā)射接收裝置。與傳統(tǒng)的壓電超聲換能器相比，由于電磁超聲產(chǎn)生和接收過(guò)程中具有換能器與被測(cè)體表面非接觸、無(wú)需聲耦合劑、檢測(cè)速度快、無(wú)需對(duì)試件表面進(jìn)行預(yù)處理、可高溫下運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在測(cè)厚、煉鋼、焊接、鐵軌、管道等多方面的無(wú)損檢測(cè)中。EMAT 一般分為洛倫茲力式和磁致伸縮式兩種，
[0003]EMAT探頭設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要內(nèi)容是磁鐵的設(shè)計(jì)和選擇。為在介質(zhì)表面和近表層形成強(qiáng)的偏置磁場(chǎng)，需要采用高強(qiáng)度的磁鐵，既可采用永磁鐵又可采用電磁鐵。采用永磁鐵的優(yōu)點(diǎn)是磁鐵體積小，可使整個(gè)超聲換能器的設(shè)計(jì)變得結(jié)構(gòu)緊湊。一般采用的永磁鐵形狀有柱狀、馬蹄形和磁鐵對(duì)等，也可采用永磁鐵陣列來(lái)提供偏置磁場(chǎng)。采用電磁鐵的好處是其磁場(chǎng)強(qiáng)度容易調(diào)節(jié)，用交流磁化時(shí)，其形成的磁場(chǎng)具有一定的趨膚效應(yīng)，能夠增強(qiáng)偏置磁場(chǎng)的強(qiáng)度。最近幾年發(fā)展的釹鐵硼(NdFeB)永磁鐵可以提供高達(dá)IT以上的磁場(chǎng)強(qiáng)度，在很大程度提高EMAT的靈敏度。
[0004]EMAT通常由3部分構(gòu)成:發(fā)射、接收線圈，強(qiáng)磁場(chǎng)及試件組成。由于EMAT存在檢測(cè)信號(hào)發(fā)射和接收準(zhǔn)確性不高、發(fā)熱量高以及轉(zhuǎn)換效率低等問(wèn)題，EMAT的優(yōu)化一直是電磁超聲研究的重點(diǎn)之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，優(yōu)化現(xiàn)有電磁超聲技術(shù)，本實(shí)用新型提供了一種電磁超聲換能器。
[0006]一種電磁超聲換能器，其特征在于，包括永磁鐵、線圈、電磁超聲探頭線圈、信號(hào)調(diào)整電路、驅(qū)動(dòng)電路、高壓電源、控制電路、顯示器、信號(hào)處理、A/D轉(zhuǎn)換；其中，永磁鐵為中空?qǐng)A柱形，線圈、電磁超聲探頭線圈依序放置在永磁鐵內(nèi)部；線圈、?目號(hào)調(diào)整電路、驅(qū)動(dòng)電路、高壓電源、控制電路依次相連；所述電磁超聲探頭線圈、A/D轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理、顯示器依次相連。
[0007]所述永磁鐵為中空?qǐng)A柱形，靜止磁場(chǎng)強(qiáng)度IT以上；永磁鐵材料采用釹鐵硼Nd2Fel4B、釤鈷 SmCo、鋁鎳鈷 AlNiCo。
[0008]所述線圈采用刷有絕緣漆的扁平銅線按螺旋方向單層纏繞在尼龍骨架上構(gòu)成。
[0009]所述電磁超聲探頭線圈采用32個(gè)電磁超聲探頭成圓形排列共同構(gòu)成，32個(gè)電磁超聲探頭均勻垂直地安裝。
[0010]所述永磁鐵材料采用釹鐵硼Nd2Fel4B。
[0011]所述永磁鐵材料可采用釹鐵硼Nd2Fel4B、釤鈷SmCo或鋁鎳鈷AlNiCo，優(yōu)選釹鐵硼Nd2Fel4B，具有寬磁滯回線、高矯頑力、高剩磁，一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的特點(diǎn)；將釹鐵硼粉末與樹(shù)脂、塑膠或低熔點(diǎn)金屬等粘結(jié)劑均勻混合，然后用壓縮、擠壓或注射成型等方法制成的復(fù)合型釹鐵硼永磁體。
[0012]所述線圈采用刷有絕緣漆的扁平銅線按螺旋方向單層纏繞在尼龍骨架上構(gòu)成，采用扁平銅線既是為了增大導(dǎo)線的截而積，減小電阻，也是為了有效減小電流的趨膚效應(yīng)。所述線圈在空間某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流密度和該點(diǎn)在空間的位置緊密相關(guān)，離線圈的端而越近，越靠近端面中央位置，磁場(chǎng)強(qiáng)度就越大；電流密度越大，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大；空間因子越大，磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)。導(dǎo)線電阻率越小，磁場(chǎng)越強(qiáng)；線圈激發(fā)的磁場(chǎng)越強(qiáng)，超聲振幅就越大。
[0013]所述電磁超聲探頭線圈采用32個(gè)電磁超聲探頭成圓形排列共同構(gòu)成，如圖2所示，第I象限Al?AS位置分別排列8個(gè)電磁超聲探頭，第IV象限BI?B8位置分別排列8個(gè)電磁超聲探頭，第III象限Cl?CS位置分別排列8個(gè)電磁超聲探頭，第II象限D(zhuǎn)l?D8位置分別排列8個(gè)電磁超聲探頭，共計(jì)32個(gè)。32個(gè)電磁超聲探頭均勻垂直地安裝，這樣可以保證所述試件被聲束完全覆蓋，有效增加重疊覆蓋，使檢測(cè)正確性、準(zhǔn)確性、安全性和可靠性大幅提尚。
[0014]本實(shí)用新型具有以下有益效果:采用32個(gè)電磁超聲探頭成圓形排列共同構(gòu)成電磁超聲探頭線圈，保證所述試件被聲束完全覆蓋，有效增加重疊覆蓋，使檢測(cè)正確性、準(zhǔn)確性、安全性和可靠性大幅提高。另外，在檢測(cè)過(guò)程具有過(guò)程安全、使用方便、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量變比范圍廣、功能齊全等特點(diǎn)，極大的提高工作效率。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖2是本實(shí)用新型所述電磁超聲探頭線圈的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0018]如圖1所不，一種電磁超聲換能器，包括永磁鐵1、線圈2、電磁超聲探頭線圈3、信號(hào)調(diào)整電路4、驅(qū)動(dòng)電路5、高壓電源6、控制電路7、顯示器8、信號(hào)處理9、A/D轉(zhuǎn)換10。
[0019]其中，所述永磁鐵I為中空?qǐng)A柱形，線圈2、電磁超聲探頭線圈3依序設(shè)置在永磁鐵I的內(nèi)部；線圈2、信號(hào)調(diào)整電路4、驅(qū)動(dòng)電路5、高壓電源6、控制電路7依次相連；所述電磁超聲探頭線圈3、A/D轉(zhuǎn)換10、信號(hào)處理9、顯示器8依次相連。
[0020]所述永磁鐵I材料可采用釹鐵硼Nd2Fel4B、釤鈷SmCo或鋁鎳鈷AlNiCo，優(yōu)選釹鐵硼Nd2Fel4B，具有寬磁滯回線、高矯頑力、高剩磁，一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的特點(diǎn)；將釹鐵硼粉末與樹(shù)脂、塑膠或低熔點(diǎn)金屬等粘結(jié)劑均勻混合，然后用壓縮、擠壓或注射成型等方法制成的復(fù)合型釹鐵硼永磁體。所述永磁鐵I為中空?qǐng)A柱形，靜止磁場(chǎng)強(qiáng)度IT以上。
[0021]所述線圈2采用刷有絕緣漆的扁平銅線按螺旋方向單層纏繞在尼龍骨架上構(gòu)成，采用扁平銅線既是為了增大導(dǎo)線的截而積，減小電阻，也是為了有效減小電流的趨膚效應(yīng)。所述線圈2在空間某點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流密度和該點(diǎn)在空間的位置緊密相關(guān)，離線圈的端而越近，越靠近端面中央位置，磁場(chǎng)強(qiáng)度就越大；電流密度越大，磁場(chǎng)強(qiáng)度越大；空間因子越大，磁場(chǎng)強(qiáng)度越強(qiáng)。導(dǎo)線電阻率越小，磁場(chǎng)越強(qiáng)；線圈激發(fā)的磁場(chǎng)越強(qiáng)，超聲振幅就越大。
[0022]所述電磁超聲探頭線圈3采用32個(gè)電磁超聲探頭成圓形排列共同構(gòu)成，如圖2所示，第I象限Al?AS位置分別排列8個(gè)電磁超聲探頭，第IV象限BI?B8位置分別排列8個(gè)電磁超聲探頭，第III象限Cl?CS位置分別排列8個(gè)電磁超聲探頭，第II象限D(zhuǎn)l?D8位置分別排列8個(gè)電磁超聲探頭，共計(jì)32個(gè)。32個(gè)電磁超聲探頭均勻垂直地安裝，這樣可以保證所述試件11被聲束完全覆蓋，有效增加重疊覆蓋，使檢測(cè)正確性、準(zhǔn)確性、安全性和可靠性大幅提尚。
[0023]所述信號(hào)調(diào)整電路4與線圈2相連，用于調(diào)整發(fā)射電流信號(hào)，對(duì)脈沖串間隔時(shí)間做任意調(diào)整，每次脈沖周波數(shù)I?32連續(xù)可調(diào)，電流頻率范圍在300kHz?4MHz之間，發(fā)射線圈電流峰峰值100A以上。
[0024]所述信號(hào)調(diào)整電路4、驅(qū)動(dòng)電路5、高壓電源6和控制電路7控制發(fā)射電流的質(zhì)量，采用兩列頻率和周波數(shù)可調(diào)的互補(bǔ)的對(duì)稱(chēng)方波脈沖串，方波控制信號(hào)通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路5后控制信號(hào)調(diào)整電路的通斷。通過(guò)調(diào)諧濾波后，最后在線圈2中得到300kHz?4MHz的正弦電流脈沖串。
[0025]本實(shí)用新型的工作流程為:由控制電路7發(fā)出信號(hào)至高壓電源6，高壓電源6輸出直流至驅(qū)動(dòng)電路5，驅(qū)動(dòng)電路5和信號(hào)調(diào)整電路4在線圈2中產(chǎn)生強(qiáng)大的脈沖電流，瞬間產(chǎn)生高強(qiáng)磁場(chǎng)。待磁場(chǎng)穩(wěn)定后，產(chǎn)生垂直入射的超聲波，超聲波在試件11中傳播，遇到端面會(huì)發(fā)生反射。電磁超聲探頭線圈3上面的32個(gè)電磁超聲探頭全部有效的接收超聲波信號(hào)，并將超聲波信號(hào)依次傳輸至A/D轉(zhuǎn)換10和信號(hào)處理9進(jìn)行處理，最終由顯示器8輸出檢測(cè)信息。檢測(cè)完成后，控制電路7發(fā)出指令至高壓電源6，終止電源輸出，線圈2中的電流快速降至零，使磁場(chǎng)迅速消失。
[0026]本實(shí)用新型未述部分與現(xiàn)有技術(shù)相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電磁超聲換能器，其特征在于，包括永磁鐵(I)、線圈(2)、電磁超聲探頭線圈(3)、信號(hào)調(diào)整電路(4)、驅(qū)動(dòng)電路(5)、高壓電源(6)、控制電路(7)、顯示器(8)、信號(hào)處理(9)、A/D轉(zhuǎn)換(10);其中，永磁鐵⑴為中空?qǐng)A柱形，線圈(2)、電磁超聲探頭線圈(3)依序放置在永磁鐵⑴的內(nèi)部；線圈⑵、信號(hào)調(diào)整電路(4)、驅(qū)動(dòng)電路(5)、高壓電源(6)、控制電路(7)依次相連；電磁超聲探頭線圈(3)、A/D轉(zhuǎn)換(10)、信號(hào)處理(9)、顯示器(8)依次相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁超聲換能器，其特征在于，線圈(2)采用刷有絕緣漆的扁平銅線按螺旋方向單層纏繞在尼龍骨架上構(gòu)成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電磁超聲換能器，其特征在于，所述電磁超聲探頭線圈(3)采用32個(gè)電磁超聲探頭成圓形排列、均勻垂直安裝共同構(gòu)成。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種電磁超聲換能器，包括永磁鐵(1)、線圈(2)、電磁超聲探頭線圈(3)、信號(hào)調(diào)整電路(4)、驅(qū)動(dòng)電路(5)、高壓電源(6)、控制電路(7)、顯示器(8)、信號(hào)處理(9)、A/D轉(zhuǎn)換(10)；本實(shí)用新型采用32個(gè)電磁超聲探頭成圓形排列共同構(gòu)成電磁超聲探頭線圈，保證所述試件被聲束完全覆蓋，大幅提高重疊覆蓋率，使檢測(cè)正確性、準(zhǔn)確性、安全性和可靠性大幅提高；另外，在檢測(cè)過(guò)程具有過(guò)程安全、使用方便、操作簡(jiǎn)單、測(cè)量變比范圍廣、功能齊全等特點(diǎn)，極大的提高工作效率。
【IPC分類(lèi)】G01N29/34, G01N29/24
【公開(kāi)號(hào)】CN204882475
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520629786
【發(fā)明人】沈鑫, 閆永梅, 曹敏, 李月梅, 周年榮
【申請(qǐng)人】云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
【公開(kāi)日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月20日