一种可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器制造技术

本发明专利技术涉及一种可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器。包括外壳1、耐磨层5、第一周期性永磁铁6、第二周期性永磁铁8、跑道型交流线圈7；聚焦操纵杆2与外壳1通过转动副连接，工形齿轮3的上端齿轮固接于聚焦操纵杆2上的齿轮相啮合；锥形齿轮12通过转动副和工形齿轮3连接，工形齿轮3的下端齿轮与圆柱齿轮9相啮合；圆柱齿轮9通过转动副与锥形齿轮12相连接，锥形齿轮12通过转动副与聚焦操纵杆2相连接，换向操纵杆4通过齿轮副与锥形齿轮12相连接；外壳1通过转动副与换向操纵杆4相连接。本发明专利技术通过改变PPM对与其下方跑道型交流线圈7两段平直导线间的夹角实现SH波聚焦，通过整体旋转PPM对及其下方跑道型交流线圈实现SH波换向，从而实现SH波在一定角度内的扇扫。

SH wave electromagnetic ultrasonic transducer capable of focusing and reversing

The invention relates to a focusing and reversing SH wave electromagnetic ultrasonic transducer. Including the shell 1, wear-resisting layer 5, the first periodic permanent magnet 6 and second periodic permanent magnet AC coil 8, runway 7; 2 and 1 focusing lever shell connected by a rotary pair, top gear working gear 3 is fixedly connected with the focusing lever 2 meshed with a gear on gear 12; a rotating pair and 3 gear connection, lower gear and spur gear gear industry 3 9 meshes; 9 cylindrical gear through a rotating pair and the bevel gear 12 is connected with the conical gear 12 through a rotating pair and focusing lever 2 is connected with the reversing control lever 4 is connected through a gear pair and a conical gear 12; housing 1 through a rotating pair and the reversing lever 4 is connected. The invention of PPM by changing the angle and below the runway AC coil 7 two straight wires between the SH wave, through the whole rotation PPM on and below the runway type AC coil SH wave commutation, so as to realize the SH wave in a certain angle of the fan sweep.

【技术实现步骤摘要】
一种可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器
本专利技术属于无损检测
，具体涉及一种可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器，适用于非铁磁性金属的电磁超声探伤检测。
技术介绍
超声波换能器是一种能实现机械能和声能之间能量转化的装置。基于不同的激励和接收原理，目前无损检测领域主要有两种超声波换能器：一种是基于压电效应的压电换能器(PiezoelectricTransducer，简称PZT)，另一种是基于洛伦兹力和磁致伸缩力机理的电磁超声换能器(ElectromagneticAcousticTransducer，简称EMAT)。电磁超声是无损检测领域的一种新兴技术，与传统的压电超声检测技术相比，具有非接触式测量、无需耦合剂、可激励多种导波模态等特点，既可以实现常规超声的各种检测功能，又可以应用于高温环境及带有包覆层的试件检测等特殊场合。由于其检测速度快，环境适应性强，因而受到越来越多的关注。电磁超声换能器通过调整偏置磁铁和交流线圈的空间布置方式，既可用于激励体波，也可用于激励导波。其中，导波可主要分为板波和管波，板波主要包括瑞利(Rayleigh)波、兰姆(Lamb)波和水平剪切(Shearhorizontal，简称SH)波，管波主要包括纵(Longitudinal)波、扭转(Torsional)波和弯曲(Flexural)波。SH波是一种存在于板类波导中的剪切波，其质点位移方向平行于板的表面。SH波有对称模态(Symmetricmode)和反对称模态(Anti-symmetricmode)两种，其相速度和群速度取决于频率和样本厚度以及体剪切波的波速。在等厚度板中，SH0模态是对称的非频散模态，且其波速等于介质中体剪切波的波速。周期性永磁铁电磁超声换能器(PeriodicPermanentMagnetEMAT，简称PPMEMAT)可以在非铁磁性金属板(如，铝板等)中激励出SH波，其主要由平行布置的PPM对、跑道型交流线圈、外壳、接口和阻抗匹配系统等组成。PPM相邻单元间的极性相反，提供垂直于检测样本表面的磁场，跑道型交流线圈中通入交变电流后，会在检测样本表面感应出涡电流，涡电流在PPM提供的垂直磁场作用下，产生特定方向周期性振动，从而在检测样本中激励出SH波。传统激励SH波的PPMEMAT，其PPM对与其下方跑道型交流线圈两段平直导线部分通常平行布置，具有结构上的对称性，因而会同时沿两个相反的方向分别激励出SH波，即实现SH波的双向激发，因而很容易引入端部反射回波的干扰；加之PPM对呈平行布置，无法实现在局部区域内的声能聚焦，而且跑道型交流线圈的两个半圆形导线部分也容易引入非SH模态导波的干扰，导致换能器的信噪比降低，影响缺陷信号的识别和解释。传统PPMEMAT激励出的SH波沿波导在检测试件的全厚度内振动传播时，随着传播距离的增大，SH波的能量会因散射、透射和吸收等不断衰减，使得检测区域内的能量密度降低，从而影响其缺陷检测和识别能力，减小SH波单次激励的有效检测范围。传统激励SH波的PPMEMAT，难以改变PPM对及其下方交流线圈的指向，因而难以实现SH波在一定检测范围内的扇形扫查。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一；为此，本专利技术提出一种可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器，使其在实际检测中具有更好的实用性和灵活性。根据本专利技术实施例的可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器，包括外壳，所述外壳的底部固接有耐磨层；第一周期性永磁铁、第二周期性永磁铁，所述第一周期性永磁铁、第二周期性永磁铁极性相反地成对布置，构成PPM对；跑道型交流线圈，所述跑道型交流线圈由一根导线绕制而成，包括两段平直导线部分和两段半圆形导线部分，所述两段平直导线部分分别固定粘结在第一周期性永磁铁、第二周期性永磁铁的底部；可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器还包括：聚焦操纵杆、圆柱齿轮、锥形齿轮、换向操纵杆。所述聚焦操纵杆设置在外壳的上部中间，与外壳通过转动副连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述工形齿轮的上端齿轮通过齿轮副与固接于聚焦操纵杆上的齿轮相啮合；所述锥形齿轮通过转动副和工形齿轮连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述工形齿轮的下端齿轮与圆柱齿轮相啮合；圆柱齿轮通过转动副与锥形齿轮相连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述锥形齿轮通过转动副与聚焦操纵杆相连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述换向操纵杆设置在外壳的侧壁上，与外壳通过转动副连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述换向操纵杆通过齿轮副与锥形齿轮相连接；所述第一周期性永磁铁固接于工形齿轮下端齿轮的底部；所述第二周期性永磁铁固接于圆柱齿轮的底部。所述聚焦操纵杆、工形齿轮、圆柱齿轮和锥形齿轮构成SH波聚焦系统，所述换向操纵杆和锥形齿轮构成SH波换向系统。所述SH波聚焦系统的主要功能为改变周期性阵列磁铁对与其下方跑道型交流线圈两段平直导线间的夹角；SH波换向系统的主要功能是在保证PPM对与其下方跑道型交流线圈两段平直导线间夹角不变的条件下，使PPM对及其下方跑道型交流线圈整体旋转一个角度。根据本专利技术实施例的可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器，通过改变PPM对与其下方跑道型交流线圈两段平直导线部分间的夹角，使磁铁的一端靠近，另一端远离，而靠近端的导波逐渐聚焦，远离端的导波逐渐发散，从而可以实现导波的单向激发，有效抑制端部反射回波的干扰；通过用锥形齿轮作为活动支架，在不改变PPM对及其下方跑道型交流线圈两段平直导线部分之间夹角的情况下，带动PPM对及其下方交流线圈整体旋转，从而改变SH激励方向，方便快捷地实现了SH波的扇形扫查。另外，根据本专利技术实施例的可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器，还可以具有如下的附加技术特征。根据本专利技术的一个实施例，所述工形齿轮的上端齿轮和下端齿轮靠中间轴固定连接在一起，下端齿轮的分度圆半径等于上端齿轮的分度圆半径的两倍。根据本专利技术的一个实施例，固接于聚焦操纵杆上齿轮的齿数和分度圆半径，分别与工形齿轮上端齿轮的齿数和分度圆半径相等。根据本专利技术的一个实施例，工形齿轮下端齿轮的齿数和分度圆半径，分别与圆柱齿轮的齿数和分度圆半径相等。根据本专利技术的一个实施例，所述外壳内部空腔呈圆柱形。根据本专利技术的一个实施例，所述跑道型交流线圈由柔性材料印刷而成，线圈的两段半圆形导线部分分别通过弹簧吊装于锥形齿轮的底部。根据本专利技术的一个实施例，还包括BNC接头，在外壳上刻有过线槽，从跑道型交流线圈上引出的导线通过过线槽与BNC接头连接；BNC接头固接于外壳的侧壁上。根据本专利技术的一个实施例，所述聚焦操纵杆、工形齿轮、换向操纵杆、圆柱齿轮和锥形齿轮均由非导磁材料制成。所述第一周期性永磁铁、第二周期性永磁铁呈长条形，磁体极性沿长度方向交错布置。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为电磁超声换能器的主视结构简图。图2为电磁超声换能器的侧视结构简图。图3为电磁超声换能器聚焦工作原理图。图4为电磁超声换能器换向工作原理图。图5为周期性阵列磁铁对及跑道型交流线圈的示意图。图6为电磁超声换能器处于聚焦状态时SH波激励的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器，包括外壳(1)，所述外壳(1)的底部固接有耐磨层(5)；第一周期性永磁铁(6)、第二周期性永磁铁(8)，所述第一周期性永磁铁(6)、第二周期性永磁铁(8)极性相反地成对布置，构成PPM对；跑道型交流线圈(7)，所述跑道型交流线圈(7)由一根导线绕制而成，包括两段平直导线部分和两段半圆形导线部分，所述两段平直导线部分分别固定粘结在第一周期性永磁铁(6)、第二周期性永磁铁(8)的底部，其特征在于还包括：聚焦操纵杆(2)、圆柱齿轮(9)、锥形齿轮(12)、换向操纵杆(4)；所述聚焦操纵杆(2)设置在外壳(1)的上部中间，与外壳(1)通过转动副连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述工形齿轮(3)的上端齿轮通过齿轮副与固接于聚焦操纵杆(2)上的齿轮相啮合；所述锥形齿轮(12)通过转动副和工形齿轮(3)连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述工形齿轮(3)的下端齿轮与圆柱齿轮(9)相啮合；圆柱齿轮(9)通过转动副与锥形齿轮(12)相连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述锥形齿轮(12)通过转动副与聚焦操纵杆(2)相连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述换向操纵杆(4)设置在外壳(1)的侧壁上，与外壳(1)通过转动副连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述换向操纵杆(4)通过齿轮副与锥形齿轮(12)相连接；所述第一周期性永磁铁(6)固接于工形齿轮(3)下端齿轮的底部；所述第二周期性永磁铁(8)固接于圆柱齿轮(9)的底部；所述聚焦操纵杆(2)、工形齿轮(3)、圆柱齿轮(9)和锥形齿轮(12)构成SH波聚焦系统，所述换向操纵杆(4)和锥形齿轮(12)构成SH波换向系统。...

【技术特征摘要】
1.一种可聚焦和换向的SH波电磁超声换能器，包括外壳(1)，所述外壳(1)的底部固接有耐磨层(5)；第一周期性永磁铁(6)、第二周期性永磁铁(8)，所述第一周期性永磁铁(6)、第二周期性永磁铁(8)极性相反地成对布置，构成PPM对；跑道型交流线圈(7)，所述跑道型交流线圈(7)由一根导线绕制而成，包括两段平直导线部分和两段半圆形导线部分，所述两段平直导线部分分别固定粘结在第一周期性永磁铁(6)、第二周期性永磁铁(8)的底部，其特征在于还包括：聚焦操纵杆(2)、圆柱齿轮(9)、锥形齿轮(12)、换向操纵杆(4)；所述聚焦操纵杆(2)设置在外壳(1)的上部中间，与外壳(1)通过转动副连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述工形齿轮(3)的上端齿轮通过齿轮副与固接于聚焦操纵杆(2)上的齿轮相啮合；所述锥形齿轮(12)通过转动副和工形齿轮(3)连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述工形齿轮(3)的下端齿轮与圆柱齿轮(9)相啮合；圆柱齿轮(9)通过转动副与锥形齿轮(12)相连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述锥形齿轮(12)通过转动副与聚焦操纵杆(2)相连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述换向操纵杆(4)设置在外壳(1)的侧壁上，与外壳(1)通过转动副连接，两者之间不存在轴向相对滑动；所述换向操纵杆(4)通过齿轮副与锥形齿轮(12)相连接；所述第一周期性永磁铁(6)固接于工形齿轮(3)下端齿轮的底部；所述第二周期性永磁铁(8)固接于圆柱齿轮(9)的底部；所述聚焦操纵杆(2)、工形齿轮(3)、圆柱齿轮(9)和锥形齿轮(12)构成SH波聚焦系统，所述换向操纵杆(4)和锥形齿轮(12)构成SH波换向...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋小春，涂君，邱公喆，张旭，刘嘉诚，蔡文浩，高见，熊芝，陈涛，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42