一种宽频带表面波激振器制造技术

本发明专利技术提供了一种宽频带表面波激振器，其包括：表面波激振装置、电功率变幅信号源装置以及电源，其中，所述表面波激振装置包括磁致激振单元、电致激振单元以及振动发射单元，所述磁致激振单元、所述电致激振单元分别与所述振动发射单元连接。本发明专利技术的宽频带表面波激振器的结构简单，效果完善，为混凝土结构表面波法无损检测提供了一种适用性广的激振源，提高了表面波法无损检测的分辨率和精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及混凝土结构工程的表面波无损检测仪器，尤其是涉及一种能够发出宽频带变幅稳态表面波信号的宽频带表面波激振器。
技术介绍
表面波是沿固体介质表层传播的一种弹性波，其具有两个显著的特性，一是其传播速度与剪切波传播速度相近；二是在分层介质中具有频散特性。利用前一特性，通过测试表面波传播速度就可以计算出介质的弹性模量，从而对介质的力学性质作出评价；利用后一特性，通过测试表面波的频散曲线(速度随频率或波长的变化曲线)，可计算出各层的厚度和波速，进而得到介质在不同深度范围内的力学性质变化情况。利用表面波测试技术，可以进行工程地质勘查、岩土物理参数测试和混凝土工程质量无损检测等。目前，实现表面波测试的技术有两种:一是瞬态激振，即瞬态表面波法，通过分析计算两道信号的相位谱或二维频谱，得到表面波传播时的频散曲线；二是稳态激振，即稳态表面波法，通过实测一系列频率的表面波速度，直接得到频散曲线。上述测试方法存在以下缺陷:1、通过锤子敲击介质表面产生瞬态表面波激振源，每次敲击产生的振动，只有一个优势频率，敲击产生的表面波的频率范围难以控制。当测试混凝土表层厚度时，需要的频率很高，通过锤子敲击的振源很难达到；当测试混凝土表层5cm厚度时，需要波长为10cm，设波速是2500m/s，则频率应是25KHz。敲击振源很难达到这样高的频率。同理，当测试混凝土结构的厚度很大时，需要的频率很低，敲击同样可能产生不了所需要的低频率表面波。因此，瞬态表面波法受到较大限制，且测试精度较低。2、稳态表面波法的激振源是电磁激振器，电磁激振器内部结构是弹簧-质量系统，高频激振的上限频率一般小于ΙΟΚΗζ，且激振力也较小。利用该正弦等幅激振器时，接收的表面波也是等幅正弦波信号，在高频或波速降低时，波长也相应减小。因为波长未知，如果检波器的间距小于一个波长，两检波器接收的正弦波振动信号相邻的同相位就会产生2 31误差，就产生很大误差。因此，电磁激振器产生稳态表面波存在频率上限较低和等幅振动时的相位对比容易误判等缺陷。 由此可见，现有技术中存在着测量仪器频率范围较小，测量精度较低，结构复杂，准确度不高的缺陷，亟待进一步改进。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单、频率范围较宽、分辨率和精度较高、适用范围广的宽频带表面波激振器。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种宽频带表面波激振器，其包括:表面波激振装置、电功率变幅信号源装置以及电源，其中， 所述表面波激振装置包括磁致激振单元、电致激振单元以及振动发射单元，所述磁致激振单元、所述电致激振单元分别与所述振动发射单元连接； 所述表面波激振装置上设置有电致激振接头和磁致激振接头，所述电功率变幅信号源装置通过所述磁致激振接头与所述磁致激振单元电连接，所述电功率变幅信号源装置通过所述电致激振接头与所述电致激振单元电连接； 所述电源通过所述电功率变幅信号源装置与所述表面波激振装置电连接。所述磁致激振单元包括环形永磁铁、环形驱动线圈、磁致伸缩棒以及振动传递杆； 所述磁致伸缩棒设在所述环形驱动线圈的内侧，所述环形永久磁铁设在所述环形驱动线圈的外侧； 所述振动传递杆的顶端与所述磁致伸缩棒底端抵接，所述振动传递杆的底端与所述电致激振单元抵接； 所述磁致伸缩棒在所述环形驱动线圈和所述环形永久磁铁的共同作用下振动，产生1KHz -1OOHz的低频表面波。还包括蝶形弹簧、底座和顶盖； 所述磁致激振单元设置在所述底座和所述顶盖之间，所述底座和所述顶盖之间通过螺栓固定连接； 所述蝶形弹簧设置在所述振动传递杆与所述底座之间。所述顶盖的中间处设置有预应力螺栓，所述预应力螺栓的底端与所述磁致激振单元相抵接。所述底座和顶盖均采用软铁材质。所述磁致伸缩棒采用磁致伸缩材料制成，该磁致伸缩材料的应变值为0.002，抗压强度为700MPa，响应速度小于I微秒。所述磁致激振单元通过所述振动传递杆与所述电致激振单元连接。还包括外壳，所述磁致激振单元和所述电致激振单元均安装在所述外壳内部，所述振动发射单元安装在所述外壳的底部，其发射端伸出所述外壳。所述外壳的底部内侧设有围绕所述电致激振单元和所述振动传递杆底部周围的吸声材料。所述电致激振单元为电致激振环，所述电致激振环采用机电耦合系数0.65，相对介电常数3000，弹性系数180m2/N，压电常数5500 C / N，密度7.6 g /cm3的压电陶瓷的电致伸缩材料，用于产生10KHz-40KHz的高频信号。本专利技术的宽频带表面波激振器具有以下有益效果: 1、本专利技术通过电功率变幅信号源装置，实现了宽频带表面波激振器的变幅激振，能产生高频或低频的变幅表面波振动信号，当用于表面波无损检测时，提高了混凝土结构表层分辨率或者提高了对大体积混凝土结构检测的适用性，并避免了等幅激振时波长变小相位对比产生2 误差的错误。2、本专利技术宽频带表面波激振器的结构简单，效果完善，为混凝土结构表面波法无损检测提供了一种适用性较广的激振源，同时，提高了表面波法无损检测的分辨率和精度。【附图说明】图1是本专利技术的宽频带表面波激振装置的结构示意图； 图2是本专利技术的宽频带表面波激振器的结构示意图； 图3是本专利技术的宽频带表面波激振器的变幅稳态表面波信号图； 图4是现有技术的表面波激振器激发的等幅稳态表面波信号图。【具体实施方式】请配合参阅图1和图2所示，本专利技术的一种宽频带表面波激振器，为一种稳态表面波测试的激振源，该宽频带表面波激振器的频率范围为100Hz-40kHz，可产生的频率范围宽，适应不同检测的需要。该宽频带表面波激振器包括:表面波激振装置22、电功率变幅信号源装置26以及电源27，其中，表面波激振装置22包括磁致激振单元、电致激振单元I以及振动发射单元3，其中，磁致激振单元和电致激振单元I与振动发射单元3连接，具体的，磁致激振单元通过磁致激振单元的振动传递杆7与电致激振单元I连接。表面波激振装置22上设有电致激振接头23和磁致激振接头24，电功率变幅信号源装置26通过磁致激振接头24与磁致激振单元电连接，电功率变幅信号源装置26通过电致激振接头23与电致激振单元I电连接；电源27通过电功率变幅信号源装置26与表面波激振装置22电连接。其中，磁致激振单元包括环形永久磁铁5、环形驱动线圈4、磁致伸缩棒2以及振动传递杆7 ;磁致伸缩棒2设在所述环形驱动线圈5内侧，磁致伸缩棒2的下端与振动传递杆7的上端抵接，磁致伸缩棒2的上端与预应力螺栓10抵接，振动传递杆7的顶端与磁致伸缩棒2下端抵接，振动传递杆7的下端与电致激振单元抵接。环形永久磁铁5设置在环形驱动线圈4的外侧，磁致伸缩棒2在环形驱动线圈4和环形永久磁铁5的共同作用下，可产生范围为1KHz -1OOHz的低频表面波。其中，本专利技术的磁致伸缩棒2采用磁致伸缩材料构成，该磁致伸缩材料的应变值为0.002，抗压强度为700MPa，响应速度小于I微秒。本专利技术的磁致伸缩材料具有较好的低频特性，可产生频率范围为1KHz -1OOHz的表面波。电致激振单元I采用由电致伸缩材料制成的电致伸缩环，该电致伸缩材料具有高频特性，通过电致激振单元I可以产生频率范围为10KHz-40KHz的高频表面波，用于混凝土构件无损检测，表层分辨率可达3cm。电致伸缩材料是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽频带表面波激振器，其特征在于包括：表面波激振装置、电功率变幅信号源装置以及电源，其中，所述表面波激振装置包括磁致激振单元、电致激振单元以及振动发射单元，所述磁致激振单元、所述电致激振单元分别与所述振动发射单元连接；所述表面波激振装置上设置有电致激振接头和磁致激振接头，所述电功率变幅信号源装置通过所述磁致激振接头与所述磁致激振单元电连接，所述电功率变幅信号源装置通过所述电致激振接头与所述电致激振单元电连接；所述电源通过所述电功率变幅信号源装置与所述表面波激振装置电连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕小彬，李萌，赵新华，李秀琳，卢健，王荣鲁，黄昊，陈连芳，卢伟，庞晓岚，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，北京中水科海利工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11