高效激励纵向超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器及其工作方法技术

本发明专利技术提出一种高效激励纵向超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器及其工作方法，传感器由以下两个部件组成：1、高效激励L(0,2)超声导波模态的柔性印刷线圈；2、轴向磁化与粘贴于管道表面的磁致伸缩材料。其中，粘贴在管道表面的磁致伸缩材料的轴向长度为其周向长度的两倍以上，有多段磁致伸缩材料粘贴在整个管道的周向范围，磁致伸缩材料的磁化方向与管道的轴向一致，可以高效激励L(0,2)超声导波模态。由于L(0,2)超声导波模态在水泥握裹的管道中衰减较小，因此能够激励高能L(0,2)超声导波模态的传感器能够用于确定穿墙管道中缺陷的轴向位置。道中缺陷的轴向位置。道中缺陷的轴向位置。

【技术实现步骤摘要】
高效激励纵向超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器及其工作方法


[0001]本专利技术属于无损检测
，尤其涉及一种高效激励纵向超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器及其工作方法。主要采用基于L(0,2)超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器，用以高效激励L(0,2)超声导波模态，实现在自激励自接收的测量模式下，对穿墙管道中的缺陷进行轴向定位。

技术介绍

[0002]管道广泛地应用于水、石油与天然气的运输，一旦潮湿的环境使管道发生严重的腐蚀，管道会发生油气泄漏，严重时会引起爆炸事故。一些建筑物中的输气管道需要穿过墙体，因此被墙体握裹，无法用肉眼观测。一旦墙体握裹部分的管道发生腐蚀，不能被发现，油气泄漏就无法避免。因此对穿墙天然气管道中腐蚀导致的缺陷进行检测十分必要。另外穿过墙体的输气管道在建筑物之外，这使得需要在墙体两端安装传感器的检测方式不易实施。这就要求检测的方法只需在墙体内的管道上安装传感器，以对整根穿墙管道实现检测的目的。同时，墙体由混凝土构成，对各类检测信号的能量造成巨大衰减。穿墙天然气管道的检测难度因此很大。
[0003]超声导波是一种低衰减、快速、长距离的检测方法，可以通过反射波对应的时间确定缺陷在管道中的轴向位置。目前对激励超声导波模态常用的传感器有两种：压电传感器与电磁传感器。压电传感器已经广泛应用于管道检测当中。电磁传感器通过控制激励超声导波的波长激励特定频率的超声导波模态，相比于压电传感器更能有效激励特定频率段的特定的超声导波模态，同时在接收信号时对该频率段与模态的超声导波更敏感，筛选性更强。磁致伸缩贴片式电磁传感器由于磁致伸缩材料较强的磁致伸缩系数，相比于洛伦兹力电磁传感器能更高效地激励超声导波。磁致伸缩贴片式电磁传感器用于激励T(0,1)超声导波模态已经被广泛报道。穿墙管道由于墙体的混凝土引起的巨大衰减，极大地影响了超声导波检测穿墙管道的能力。混凝土对T(0,1)模态的衰减尤其大，但对于L(0,2)超声导波模态的衰减相对较小。因此亟需一种能够高效激励L(0,2)超声导波模态的便捷化装置，能够应用于穿墙管道的缺陷检测。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的缺陷和不足，本专利技术的目的在于提供一种高效激励纵向超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器及其工作方法，传感器由以下两个部件组成：1、高效激励L(0,2)超声导波模态的柔性印刷线圈；2、轴向磁化与粘贴于管道表面的磁致伸缩材料。其中，粘贴在管道表面的磁致伸缩材料的轴向长度为其周向长度的两倍以上，有多段磁致伸缩材料粘贴在整个管道的周向范围，磁致伸缩材料的磁化方向与管道的轴向一致，可以高效激励L(0,2)超声导波模态。由于L(0,2)超声导波模态在水泥握裹的管道中衰减较小，因此能够激励高能L(0,2) 超声导波模态的传感器能够用于确定穿墙管道
中缺陷的轴向位置。
[0005]其利用轴向磁化与粘贴的磁致伸缩贴片式传感器高效地激励L(0,2)超声导波模态，对穿墙管道中的缺陷进行轴向定位。为实现穿墙管道中缺陷的轴向定位，本专利技术利用退磁场强度与磁致伸缩材料长宽比的关系，优化选取最佳磁致伸缩材料长宽比，使得设计的磁致伸缩贴片式传感器能够高效地激励L(0,2)超声导波模态。设计研究中采取理论模型与仿真、实验对比的方式来进行。另外，该方法支持自激励自接收的测量模式，能够适应穿墙管道检测中只有一端的管道能够装载传感器的情况。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案是：1）将磁致伸缩材料轴向粘贴在管道上，单片的磁致伸缩材料的轴向长度为其周向长度的两倍以上。采用多段磁致伸缩材料粘贴在整个管道的周向范围；2）沿着管道的轴向磁化磁致伸缩材料；3）将柔性印刷线圈贴在磁致伸缩材料上，粘贴范围为管道的整个周向范围；4）采用自激励自接收模式，通过柔性印刷线圈输入5周期汉宁窗调制的正弦波信号，采集接收信号。
[0007]本专利技术具体采用以下技术方案：一种高效激励纵向超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器，其特征在于，包括：用于激励L(0,2)超声导波模态的柔性印刷线圈和磁致伸缩材料；所述磁致伸缩材料用于粘贴在管道上，粘贴在管道表面的单片磁致伸缩材料的轴向长度为其周向长度的两倍以上，多段磁致伸缩材料覆盖管道的周向范围，磁致伸缩材料的磁化方向与管道的轴向一致，柔性印刷线圈粘贴在磁致伸缩材料上，并覆盖管道的周向范围。
[0008]进一步地，所述柔性印刷线圈上的导线互相连接形成四排对称的交替排列的两去两回的回折电路。
[0009]进一步地，所述磁致伸缩材料的铁含量为48.94%，钴含量为48.75%，碳含量为0.01%，硅含量0.05%，铌含量0.30%，锰含量0.05%，钒材料含量1.90%。
[0010]进一步地，所述柔性印刷线圈沿待测管道轴向的长度为48mm，沿待测管道周向的长度根据待测管道的直径确定；与沿待测管道轴向垂直的导线有40条，与沿待测管道周向垂直的导线有39条；所有导线的线宽与间距均分别为1mm与0.2mm；导线互相连接形成四段回折电路，每段回折电路的宽度均为12mm；所述柔性印刷线圈有两个焊盘，分别位于回折电路的两端。
[0011]进一步地，所述管道为穿墙管道。
[0012]以及，根据以上优选传感器的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：将所述磁致伸缩材料轴向粘贴在管道上；采用多段磁致伸缩材料粘贴覆盖管道的周向范围；步骤S2：沿着管道的轴向磁化所述磁致伸缩材料；步骤S3：将所述柔性印刷线圈贴在磁致伸缩材料上，粘贴范围覆盖管道的周向范围；步骤S4：采用自激励自接收模式，通过所述柔性印刷线圈输入5周期汉宁窗调制的正弦波信号，采集接收信号；并根据接收到的信号确定管道中缺陷的轴向位置。
[0013]与现有技术方案相比，本专利技术及其优选方案具有以下有益效果：1. 增大粘贴在管道上磁致伸缩材料的轴向与周向长度比增大可以减小磁致伸缩材料的退磁系数。管道由于退磁系数的减少能够减小退磁场，因而增大磁化的磁致伸缩材
或“响应于确定”。
[0024]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步说明。
[0025]如图1
‑
图6所示，本实施例提供的方案主要包括：高效激励L(0,2)超声导波模态的柔性印刷线圈，以及轴向磁化与粘贴于管道表面的磁致伸缩材料。
[0026]具体地，在本实施例中，粘贴在管道表面的磁致伸缩材料的轴向长度为其周向长度的两倍以上，有多段磁致伸缩材料粘贴在整个管道的周向范围，磁致伸缩材料的磁化方向与管道的轴向一致，可以高效激励L(0,2)超声导波模态，用于确定穿墙管道中缺陷的轴向位置。各部分部件特征如下所述：1.对于柔性印刷线圈：其宽度（沿待测管道轴向的长度）为48mm。长度（沿待测管道周向的长度）视待测管道的管直径而定。与宽度方向垂直的导线有40条，与长度方向垂直的导线有39条。所有导线的线宽与间距均为1mm与0.2mm。导线互相连接形成四段回折电路。每段回折电路的宽度均为12mm。柔性印刷线圈有两个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效激励纵向超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器，其特征在于，包括：用于激励L(0,2)超声导波模态的柔性印刷线圈和磁致伸缩材料；所述磁致伸缩材料用于粘贴在管道上，粘贴在管道表面的单片磁致伸缩材料的轴向长度为其周向长度的两倍以上，多段磁致伸缩材料覆盖管道的周向范围，磁致伸缩材料的磁化方向与管道的轴向一致，柔性印刷线圈粘贴在磁致伸缩材料上，并覆盖管道的周向范围。2.根据权利要求1所述的高效激励纵向超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器，其特征在于：所述柔性印刷线圈上的导线互相连接形成四排对称的交替排列的两去两回的回折电路。3.根据权利要求1所述的高效激励纵向超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器，其特征在于：所述磁致伸缩材料的铁含量为48.94%，钴含量为48.75%，碳含量为0.01%，硅含量0.05%，铌含量0.30%，锰含量0.05%，钒材料含量1.90%。4.根据权利要求2所述的高效激励纵向超声导波模态的纵向粘贴磁化的磁致伸缩贴片式传感器，其特征在于：所述柔性印刷线圈沿待测管道轴向的...

【专利技术属性】
技术研发人员：方舟，黄宴委，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：