产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器制造技术

本实用新型专利技术涉及电磁超声技术领域，提供一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器，所述电磁超声换能器包括：永磁铁、金属线圈单元和酯类固体胶；所述永磁铁的底面开设弧形凹槽，开设弧形凹槽之后永磁铁呈拱形结构，所述永磁铁的弧形凹槽之内设置金属线圈单元；所述金属线圈单元，包括：多层并联的曲折线圈；所述曲折线圈从底层向上层弯折数逐渐减小；下一层的曲折线圈与其上一层的曲折线圈连接；所述酯类固体胶填充永磁铁和曲折线圈之间空隙；曲折线圈与被测试件不相接触；曲折线圈设置于被测试件上方。本实用新型专利技术能够避免激发导波的多模态现象，激发出单一模态导波，转换效率显著提升。转换效率显著提升。转换效率显著提升。

【技术实现步骤摘要】
产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器


[0001]本技术涉及电磁超声
，尤其涉及一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器。

技术介绍

[0002]随着国家经济快速发展，金属板材广泛应用于各行各业，然而在金属板材生产，加工及使用的过程中，不可避免的会出现各种各样的缺陷，如金属表面划伤、内部裂痕等，于是无损检测作为一种在不破坏被测试件的前提下，检测被测试件表面及内部缺陷，并且提供缺陷具体信息的技术，大量用于金属板材的缺陷检测。而在无损检测领域，电磁超声检测技术由于其检测范围广、检测精度高、不需要耦合剂及复杂的预处理技术等优点使检测更加简单容易，大大提高生产效率。
[0003]但是，现有技术的电磁超声换能器换能效率低、导波的频散特性以及多模态特性导致在检测时信号杂乱，检测效率低，所以如何提高电磁超声检测技术的检测效率成为一大热点性问题。

技术实现思路

[0004]本技术主要解决现有技术的电磁超声兰姆波换能器的多模态特性导致在检测时信号杂乱，检测效率低的技术问题，提出一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器，以提高无损检测的效率，显著提升转换效率。
[0005]本技术提供的一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器，包括：永磁铁1、金属线圈单元2和酯类固体胶4；
[0006]所述永磁铁1的底面开设弧形凹槽，开设弧形凹槽之后永磁铁1呈拱形结构，所述永磁铁1的弧形凹槽之内设置金属线圈单元2；
[0007]所述金属线圈单元2，包括：多层并联的曲折线圈；所述曲折线圈从底层向上层弯折数逐渐减小；下一层的曲折线圈与其上一层的曲折线圈连接；
[0008]所述酯类固体胶4填充永磁铁1和曲折线圈之间空隙；曲折线圈与被测试件3不相接触；曲折线圈设置于被测试件3上方。
[0009]优选的，所述金属线圈单元2设置三层曲折线圈，底层曲折线圈具有五处弯折，中层曲折线圈具有三处弯折，上层曲折线圈具有一处弯折。
[0010]本技术产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器，设置拱形结构，不仅能避免激发导波的多模态现象，激发出单一模态导波，而且成本低廉，应用前景较广泛。而采用的多层并联曲折线圈与单层曲折线圈相比，其转换效率显著提升，接收的回波信号增强，不易受噪声的干扰，极大提高检测效率，有利于检测技术的发展。
附图说明
[0011]图1是本技术提供的能产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器的结构示意
图；
[0012]图2是本技术提供的金属线圈单元的结构示意图；
[0013]图3是本技术提供的金属线圈单元的俯视图；
[0014]图4是本技术提供的拱形结构的物理模型图；
[0015]图5是普通电磁超声换能器的工作原理图；
[0016]图6是本技术优化后电磁超声换能器的工作原理图；
[0017]图7是普通方形永磁铁与本技术拱形结构永磁铁形成的磁场对比图；
[0018]图8是本技术电磁超声换能器的有限元模型和结构参数图；
[0019]图9是本技术线圈的脉冲激励电压信号图；
[0020]图10是本技术电磁超声换能器激发的兰姆波信号图；
[0021]图11是本技术对比组电磁超声换能器的模型和结构参数图；
[0022]图12是本技术对比组与优化后的换能器激发的兰姆波的对比图。
具体实施方式
[0023]为使本技术解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分而非全部内容。
[0024]如图1
‑
3所示，本技术实施例提供的一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器，包括：永磁铁1、金属线圈单元2和酯类固体胶4；
[0025]所述永磁铁1的底面开设弧形凹槽，开设弧形凹槽之后永磁铁1呈拱形结构，所述永磁铁1的弧形凹槽之内设置金属线圈单元2。
[0026]所述金属线圈单元2，包括：多层并联的曲折线圈；所述曲折线圈从底层向上层弯折数逐渐减小，即曲折线圈从底层向上层宽度逐渐减小，多层曲折线圈的截面呈“金字塔”形。最顶层的曲折线圈呈“U”型，其它层的曲折线圈呈蛇形，曲折线圈中相邻的平行边间距相同。例如，设置三层曲折线圈，底层曲折线圈具有五处弯折，中层曲折线圈具有三处弯折，上层曲折线圈具有一处弯折。其结构示意图如图2所示，俯视图如图3所示。下一层的曲折线圈与其上一层的曲折线圈连接，不同层的曲折线圈输入方向和输出方向相同，多层并联的曲折线圈通过最底层的输入端接入电流，电流能够依次进入各层曲折线圈后，在最底层曲折线圈的输出端输出。
[0027]酯类固体胶4填充永磁铁1和曲折线圈之间空隙；曲折线圈与被测试件3不相接触；曲折线圈设置于被测试件3上方。
[0028]本实施例的电磁超声换能器，所述永磁铁1采用聚磁设计，在曲折线圈置于永磁铁1下方的弧形凹槽中，使磁场拱形结构下方区域内均匀垂直于铝板形式的被测试件3。
[0029]本实施例的永磁铁1设置弧形凹槽、呈拱形结构，由于拱形结构竖直方向磁场强度增加，水平方向磁场强度减弱，故提供垂直方向的静磁场，通高频交流电的线圈提供交变磁场，金属线圈单元2在被测试件3上感应出电涡流，电涡流在永磁铁产生的磁场作用下使被测试件3产生洛伦兹力，由于洛伦兹力的作用，被测试件3中产生兰姆波。其中被测试件3采用非铁磁性试件。所述金属线圈单元2，为充分利用拱形结构内部空间，根据永磁铁分布规
律和惠更斯叠加原理，对多层的曲折线圈进行“金字塔”优化设计，使折叠线圈层数由中间向两侧递减。
[0030]本技术采用电磁超声检测技术，电磁超声检测技术作为超声检测技术的一种，由于不需要对待测试件表面进行预处理、不需要在传感器与待测试件间添加耦合剂且对微小缺陷敏感度高，因此被广泛应用于各种检测过程。为产生水平方向的磁场进而激发单一A0模态兰姆波或增强兰姆波A0模态，多使用U型永磁铁结构、“SNS”结构复合永磁铁结构；为产生垂直方向的磁场进而激发出单一S0模态兰姆波，多使用在待测件上下放置极性相反的双永磁铁结构。
[0031]本技术的“拱桥”形结构不仅能避免激发导波的多模态现象，激发出单一模态导波，而且成本低廉，应用前景较广泛。而采用的多层并联曲折线圈与单层曲折线圈相比，其转换效率显著提升，接收的回波信号增强，不易受噪声的干扰，极大提高检测效率，有利于检测技术的发展。
[0032]为了产生垂直方向的均匀磁场，进而激发出单一S0模态，对普通电磁超声换能器(EMAT)进行改进，设计了由“拱桥”结构永磁铁、“金字塔”曲折线圈、脂类固体填充胶和待测件组成的新型EMAT。如图4所示，为了产生均匀磁场，对“拱桥”结构永磁铁二维建模，本技术实施例提供的一种产生单一模态兰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器，其特征在于，所述电磁超声换能器包括：永磁铁(1)、金属线圈单元(2)和酯类固体胶(4)；所述永磁铁(1)的底面开设弧形凹槽，开设弧形凹槽之后永磁铁(1)呈拱形结构，所述永磁铁(1)的弧形凹槽之内设置金属线圈单元(2)；所述金属线圈单元(2)包括：多层并联的曲折线圈；所述曲折线圈从底层向上层弯折数逐渐减小；下一层的曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：李松松，栾明慧，郭中会，杨莹，李晨，何慧敏，王宇恒，郭忠宇，
申请(专利权)人：大连海洋大学，
类型：新型
国别省市：