改进的主脉冲信号过载矫正电磁声换能器制造技术

一种ＥＭＡＴ装置利用分开的发射机和接收机ＥＭＡＴ，每一个ＥＡＭＴ都可通过带状线电缆连到调谐电容器。还可在线圈之间提供静电屏蔽，线圈可相互偏移线圈中节距的１／２。这样就缩减了主脉冲信号的持续时间，因而可使ＥＭＡＴ装置检测非常靠近线圈的构件。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本申请是1999年8月23日提交的中国专利申请号为99118154.9，名为“改进的大脉冲信号过载矫正电磁声换能器”的申请的分案申请。本专利技术涉及使用电磁声换能器(EMAT)来测试材料，尤其涉及使用EMAT进行非破坏性测试的有用的新方法和设备，该EMAT避免了“主脉冲信号(main bang)”问题，即高能发射机脉冲所产生电干扰引起的EMAT接收机过载。在大多数情况下，已有技术的EMAT测试系统使用同一个EMAT线圈来发射波和接收反射的波。在某些情况下，为了减小调谐电路的Q值，把电阻加到EMAT线圈增加电阻，从而缩减主脉冲信号或过载信号的持续时间，但同时也减小了信号幅度和信噪比。在其它情况下，对于发射和接收使用分开的非重叠线圈。这样可能因线圈不在同一位置发射和接收而产生问题。在使用EMAT进行非破坏性测试时，靠近EMAT通常存在因主脉冲信号而不能接收到反射波的区域。主脉冲信号是发射机脉冲在接收机输出端产生的一种大信号。此信号大得使接收机完全过载，因而接收机在此期间不能检测任何反射波。主脉冲信号的持续时间包括发射脉冲的长度以及紧接在发射后的一段时间，在这一段时间内，发射脉冲衰减到足以不再干扰检测反射波的程度。目前，主脉冲信号的持续时间明显地阻碍了EMAT的许多潜在的应用。本专利技术的一个目的是缩减基于EMAT的系统中主脉冲信号的持续时间。经过测试，依据本专利技术的方法和设备把主脉冲信号的持续时间缩减到二分之一。本专利技术的另一个目的是通过对发射和接收穿过待测试工件的EMAT波使用分开的线圈，通过把这两个线圈之间的耦合减到最小，并通过分开和隔离发射机和接收机电子线路，达到减小主脉冲信号。这样减小了用于使EMAT线圈与EMAT电子线路匹配的调谐电路的Q值。通过构成发射和接收的线圈分开的EMAT以及在发射机线圈和接收机线圈之间加上静电屏蔽，大大减小了大的发射脉冲与接收机线圈的电容性耦合。通过使用诸如钛等电阻率高的非磁性金属或者诸如铜等高度导电的非磁性金属构成的非常薄的层来形成静电屏蔽，在此屏蔽层中蚀刻缝隙以防止在屏蔽层中产生涡电流，这种电流将使实际的EMAT信号发生衰减。对于弯曲形线圈的EMAT，发射机EMAT线圈与接收机EMAT线圈偏移了线对线间隔的一半或者波的四分之一波长，从而使这两个线圈之间的磁性耦合减到最小，也缩减了主脉冲信号的持续时间。为了对EMAT线圈优化功率传递，通常通过与其平行地放置电容器使EMAT线圈的电感发生谐振。通过选择电容器使电感在所需的工作频率下发生谐振，从而阻抗变为实数，可最大限度地把功率传递到EMAT线圈的电阻。通常，在EMAT线圈与匹配网络之间连接相当长度的电缆。一般，这些电缆给EMAT电路加上了相当的电感和较小的附加电阻。这样将增大Q值，此Q值定义为电感性阻抗(ZL＝2πfL)除以电路的电阻(Q＝ZL/R)。Q值越高导致调谐电路在去除激励驱动后的“减幅振荡”时间较长，从而造成主脉冲信号的持续时间增加。通过把调谐电容器放置得尽可能靠近EMAT线圈，并用印刷的软性电路带状线(stripline)把EMAT线圈连到电容器，可把附加电感减到最小。通过把两条细铜条放置在诸如Kapton(聚酰胺塑料)等薄的软性塑料的两侧来构成软性带状线。例如，铜条可以是0.25″宽0.001″厚，Kapton塑料为0.001″厚。这提供了Q值低得多的谐振电路，从而使主脉冲信号的持续时间缩减，同时提供相同或稍稍提高的信噪比(通过减小连接电缆的电阻)。使用这些技术的组合，基本上可缩减脉冲信号的持续时间。测试表明，与使用同一线圈来进行发射和接收不同，使用本技术可把主脉冲信号的持续时间缩减到二分之一。此外，已发现本技术在减小对电噪声的敏感度方面非常有效。静电屏蔽用于防止把该部分上的电噪声电容性地耦合到接收机EMAT线圈。或者，可用印刷电路技术来构成或者使用手绕线圈通过手工来构成线圈和屏蔽。静电屏蔽可以是在铜上有窄的缝隙的铜层，以防止在铜层中产生涡电流，从而防止磁性耦合的EMAT信号的衰减。相应地，本专利技术的一个方面是提供一种EMAT装置，它包括具有相对的线圈端的至少一个EMAT线圈、调谐电容器以及连接在线圈端与电容器之间用以把线圈与电容器之间的损耗减到最小的带状线电缆。本专利技术的一个方面是提供通过静电屏蔽而相互分开的发射机EMAT和接收机EMAT。本专利技术的另一个方面是提供这样的装置，其中每个分开的线圈具有以某一节距分开的多节，线圈相互偏移一半节距或者偏移要从发射机线圈发射的波的四分之一波长。本专利技术的再一个方面是提供一种EMAT装置，它包括连到接收机EMAT线圈的前置放大器以及EMAT电子线路与发射机EMAT线圈之间用以产生声信号的匹配网络。在附属于本公开并构成其一部分的权利要求书中指出了表示本专利技术特征的各种新特征。为了更好地理解本专利技术、其操作上的优点及其使用所获得的具体效果，参考附图和说明本专利技术较佳实施例的描述。在图中附图说明图1是依据本专利技术的相互偏移的一对EMAT线圈的平面俯视示意图；图2是依据本专利技术的EMAT线圈与调谐电容器的等效电路；图3是依据本专利技术的EMAT装置的示意分解图；图4是依据本专利技术其间有静电屏蔽的接收机EMAT和发射机EMAT的侧仰视图。参考附图，在这些图中相同的标号表示相同或在功能上类似的元件，参考图1，其中实施的专利技术包括改进的EMAT装置，该装置使用各种技术来缩减主脉冲信号的持续时间，从而能用该EMAT装置来检查非常靠近EMAT线圈的构件。已对本专利技术进行了测试，具体应用2.25MHz的EMAT来检测管状产品的纵向缺陷。把主脉冲信号的持续时间从大于20毫秒减小到小于11毫秒。静电屏蔽也消除了来自被测试部分的EMI干扰。EMAT是效率低的超声波发生器和接收机。通常，把1000伏的单音(tone)短脉冲串加到EMAT线圈可能导致接收到的信号只有1毫伏。为了获得信噪比足够的信号，必须使用非常大的发射脉冲和非常敏感的接收机。还需要仔细地调谐EMAT线圈并使之与发射机和接收机的电子线路匹配，以保证最大的功率传递。从电学上来说，EMAT线圈表现为图2所示与电阻器R串联的电感器L。当EMAT线圈中的发射机电流最大时获得最大信噪比，这发生在从发射机电子线路传递到EMAT线圈电阻的功率最大时，因为P＝I2R，这里P＝功率，I是EMAT线圈中的电流，R是线圈电阻。为了使功率传递最大，必须中和EMAT线圈的电感，并对阻抗进行变换以与使发射机电子线路产生最大功率的电阻匹配。一般，这是通过把一电容器C与EMAT线圈并联从而使EMAT电路在所需的工作频率下谐振来实现的。近似地给出这种电路的谐振频率f0为f0≈1/(2π(LC)1/2)。调谐电路具有在此谐振频率f0下为实数(表现为电阻性)的阻抗Z，给出其值为Z≈(2π(f0L)2/R。这里，R为EMAT线圈的电阻。使用变换器使该阻抗与发射机匹配，从而经变换的阻抗与最佳发射机负载电阻匹配。通过电容器使EMAT线圈谐振，并通过变换器对其进行匹配，可把接近于100％的发射机功率传递到EMAT线圈电阻。然而，调谐电路的副作用是，在发射脉冲停止后，电路将继续在谐振频率下振荡一段时间。这种振荡的幅度呈指数衰减。由谐振电路的Q值来确定衰减速率。Q值越高，则谐振电路减幅振荡的时间越长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＥＭＡＴ装置，其特征在于包括：发射机ＥＭＡＴ线圈；靠近发射线圈的接收机ＥＭＡＴ线圈；所述线圈之间的静电屏蔽。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：DT麦克劳克兰，JW汉考克，
申请(专利权)人：麦克德莫技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]