差分式电磁超声传感器及检测系统技术方案

技术编号:15434634 阅读:98 留言:0更新日期:2017-05-25 17:51
本发明专利技术公开了一种差分式电磁超声传感器及检测系统。该差分式电磁超声传感器包括磁铁、至少一层差分式线圈和封装外壳,其中:差分式线圈包括两根信号线,两根信号线在一个平面内并行盘绕多圈,以使得两根信号线由内向外交替布置且使得两根信号线中传输的激励信号方向相同,其中,每根信号线的第一端用于接收一个激励信号;两根信号线的第二端接地。本发明专利技术解决了采用单线绕制的线圈的电磁超声传感器的换能效率不高的技术问题。

Differential electromagnetic ultrasonic sensor and detection system

The invention discloses a differential electromagnetic ultrasonic sensor and a detection system thereof. The differential electromagnetic ultrasonic sensor includes a magnet, at least one layer of a differential coil and package, wherein the differential coil comprises two signal lines, two signal lines parallel multi ring coiled in one plane, so that the two signal lines from the inside to the outside and the transmission of alternating excitation signal direction of two signals in the same, among them, the end of each signal line for receiving an excitation signal; two signal lines connected to the second. The invention solves the technical problem of low energy conversion efficiency of an electromagnetic ultrasonic sensor using a single winding coil.

【技术实现步骤摘要】
差分式电磁超声传感器及检测系统
本专利技术涉及超声无损检测领域,具体而言,涉及一种差分式电磁超声传感器及检测系统。
技术介绍
电磁超声检测技术通过利用电磁超声传感器(EMAT)实现换能,与传统的超声检测技术相比,电磁超声检测技术具有精度高、不需要耦合剂、非接触、适于在线快速检测和高温检测等优点,在工业上广泛应用于高温测厚、在线检测、快速探伤等。电磁超声传感器利用电磁耦合的方式,可以实现超声的激励和接收,其主要的缺点在于换能效率较低、容易受提离(电磁超声传感器与被检工件的间隙)等因素的影响。因此,设计高换能效率的电磁超声传感器是电磁超声检测技术的关键所在。目前通用的电磁超声传感器主要由磁铁、高频线圈、外壳组成,其中高频线圈是电磁超声传感器实现换能的关键部件。高频线圈在电磁超声激励过程中,可以产生涡流和动态磁场,在接收过程中,可以感应电磁场的变化从而感生电流。现有技术中,在役的电磁超声传感器中的高频线圈多采用基于单端信号的单线绕线方式绕制而成,如图1a、图1b中所示,其中,图1a为高频线圈的俯视图,图1b为图1a中示出的高频线圈的立体图。对单线绕制线圈的激励方式为单端信号激励方式,如图2所示,单端激励信号的峰峰值电压Upp=2V0,信号的周期数为N。在激励时的激励信号在信号线和地线中的传输方向如图1a所示,在接收时接收信号在信号线和地线中的传输方向如图1b所示。采用单线绕制线圈的方式具有绕线简单、换能有效、与仪器接口简单等特点。但采用此种线圈设计的电磁超声传感器的换能效率有限,检测信号信噪比低,同时抗干扰能力较差,对微弱信号的敏感性不高。针对采用单线绕制的线圈的电磁超声传感器的换能效率不高的技术问题,目前尚未提出有效的解决方案。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种差分式电磁超声传感器及检测系统,以至少解决采用单线绕制的线圈的电磁超声传感器的换能效率不高的技术问题。根据本专利技术实施例的一个方面,提供了一种差分式电磁超声传感器,差分式电磁超声传感器包括磁铁、至少一层差分式线圈以及封装外壳,其中:差分式线圈包括两根信号线,两根信号线在一个平面内并行盘绕多圈,以使得两根信号线由内向外交替布置且使得两根信号线中传输的激励信号方向相同,其中,每根信号线的第一端用于接收一个激励信号;两根信号线的第二端接地。进一步地,差分式电磁超声传感器包括多层差分式线圈,每层差分式线圈所处的平面互相平行,每层差分式线圈中传输的激励信号方向相同。进一步地,多层差分式线圈包括相邻的第一层差分式线圈和第二层差分式线圈,第一层差分式线圈的两个第二端与第二层差分式线圈的两个第一端一一对应连接。进一步地,每层差分式线圈处于PCB电路板的一个平面内,第一层差分式线圈的两个第二端与第二层差分式线圈的两个第一端通过PCB电路板上的过孔一一对应连接。进一步地,差分式线圈中的两根信号线并行盘绕成以下形状之一:环型、饼形、跑道型、回折型和蝶型。根据本专利技术实施例的另一个方面,还提供了一种电磁超声检测系统,包括:激励源,用于产生激励信号;信号调理器,与激励源相连接,用于将激励信号调理为频率和幅值相同且相位相反的第一激励信号和第二激励信号;权利要求1至权利要求5中任一项的差分式电磁超声传感器,差分式电磁超声传感器与信号调理器相连接,用于接收第一激励信号和第二激励信号以在目标对象中感应产生涡流。进一步地,差分式电磁超声传感器包括至少一层差分式线圈,差分式线圈包括两根信号线,信号调理器还用于根据两根信号线中输出的信号求差以产生差分检测信号。进一步地,还包括:信号处理器,与信号调理器相连接,用于对差分检测信号进行信号处理。进一步地,信号处理器包括:前置放大器,与信号调理器相连接,用于放大差分检测信号;信号采集器,与前置放大器相连接,用于采集放大后的差分检测信号,激励源包括:信号发生器,用于产生激励信号;功率放大器,与信号发生器和信号调理器相连接,用于放大激励信号。进一步地,差分式电磁超声传感器产生的波形为以下任意一种:横波、纵波、导波和表面波。在本专利技术实施例中,通过两个间隔预设距离且并行绕制的线圈分别接收两个由同一激励信号调理得到的相位相反的差分激励信号,并根据两个差分激励信号产生超声波,还可以通过两个线圈分别接收信号,解决了采用单线绕制的线圈的电磁超声传感器的换能效率不高的技术问题,进而实现了提高电磁超声传感器的换能效率的技术效果。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解,构成本申请的一部分,本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术,并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中:图1a是现有技术的一种可选的高频线圈的俯视图;图1b是现有技术的一种可选的高频线圈的立体图;图2是现有技术的一种可选的用于激励电磁超声传感器的激励信号的示意图;图3是根据本专利技术实施例的一种可选的差分式线圈的示意图;图4a是根据本专利技术实施例的另一种可选的差分式线圈的示意图;图4b是根据本专利技术实施例的另一种可选的差分式线圈的示意图;图5是根据本专利技术实施例的一种可选的激励差分式电磁超声传感器的激励原理的示意图;图6是根据本专利技术实施例的一种可选的差分式电磁超声传感器接收差分信号的接收原理的示意图;图7是根据本专利技术实施例的另一种可选的差分式线圈的示意图;图8是根据本专利技术实施例的另一种可选的差分式线圈的示意图;图9是根据本专利技术实施例的另一种可选的差分式线圈的示意图;图10是根据本专利技术实施例的另一种可选的差分式线圈的示意图;图11是根据本专利技术实施例的一种可选的电磁超声检测系统的示意图;图12是根据本专利技术实施例的另一种可选的电磁超声检测系统的示意图;图13是根据本专利技术实施例的一种可选的信号处理方法的流程图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本专利技术保护的范围。需要说明的是,本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。实施例1根据本申请实施例,提供了一种差分式电磁超声传感器的实施例。该实施例提供的差分式电磁超声传感器可以应用于差分式电磁超声检测系统。图3是根据本专利技术实施例的一种可选的差分式线圈的示意图。该实施例提供的差分式电磁超声传感器包括磁铁、至少一层如图3所示的差分式线圈以及封装外壳,其中:差分式线圈包括两根信号线,分别是第一信号线11和第二信号线12,每根信号线的第一端用于接收一个激励信号。需要说明的是,两个激励信号的频率和幅值相同且相位相反。第一信号线在第一平面上绕成第一线圈,用于通过第一信本文档来自技高网
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差分式电磁超声传感器及检测系统

【技术保护点】
一种差分式电磁超声传感器,其特征在于,所述差分式电磁超声传感器包括磁铁、至少一层差分式线圈以及封装外壳,其中:所述差分式线圈包括两根信号线,所述两根信号线在一个平面内并行盘绕多圈,以使得所述两根信号线由内向外交替布置且使得所述两根信号线中传输的激励信号方向相同,其中,每根信号线的第一端用于接收一个激励信号;所述两根信号线的第二端接地。

【技术特征摘要】
1.一种差分式电磁超声传感器,其特征在于,所述差分式电磁超声传感器包括磁铁、至少一层差分式线圈以及封装外壳,其中:所述差分式线圈包括两根信号线,所述两根信号线在一个平面内并行盘绕多圈,以使得所述两根信号线由内向外交替布置且使得所述两根信号线中传输的激励信号方向相同,其中,每根信号线的第一端用于接收一个激励信号;所述两根信号线的第二端接地。2.根据权利要求1所述的差分式电磁超声传感器,其特征在于,所述差分式电磁超声传感器包括多层所述差分式线圈,每层所述差分式线圈所处的平面互相平行,每层所述差分式线圈中传输的激励信号方向相同。3.根据权利要求2所述的差分式电磁超声传感器,其特征在于,多层所述差分式线圈包括相邻的第一层差分式线圈和第二层差分式线圈,所述第一层差分式线圈的两个第二端与所述第二层差分式线圈的两个第一端一一对应连接。4.根据权利要求3所述的差分式电磁超声传感器,其特征在于,每层所述差分式线圈处于PCB电路板的一个平面内,所述第一层差分式线圈的两个第二端与所述第二层差分式线圈的两个第一端通过所述PCB电路板上的过孔一一对应连接。5.根据权利要求1所述的差分式电磁超声传感器,其特征在于,所述差分式线圈中的两根信号线并行盘绕成以下形状之一:环型、饼形、跑道型、回折型和蝶型。6.一种电...

【专利技术属性】
技术研发人员:郑阳周进节张宗健
申请(专利权)人:中国特种设备检测研究院
类型:发明
国别省市:北京,11

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