一种基于双回折线圈电磁声传感器的L制造技术

本发明专利技术公开了一种基于双回折线圈电磁声传感器的L

【技术实现步骤摘要】
一种基于双回折线圈电磁声传感器的L
CR
波声束偏转调控方法


[0001]本专利技术为一种基于双回折线圈的电磁声传感器对L
CR
波声束偏转的调控方法，属于超声无损检测领域，可在金属板结构中激励出与板表面夹角更小的临界折射纵波(Critically Refracted Longitudinal Wave,L
CR
)，对其进行优化来提高残余应力检测的分辨率。

技术介绍

[0002]残余应力是一种在结构件没有外部因素作用时，结构件内部为了保持平衡而存在的力。残余应力的存在一般是对结构件有害的，残余应力处理不当可能会造成结构件的变形，开裂等现象，残余应力的存在也会降低结构件的稳定性。因此残余应力评估是结构件设计和加工过程中一个重要阶段。超声波残余应力检测法依据声弹性效应，采用L
CR
波对结构件内部的残余应力进行评估，以其对被检构件无损伤，对人体无损害，检测快捷等特点在残余应力检测中被广泛应用。L
CR
波是一种在以第一临界角入射产生在固体表面以下传播的纵波，具有对应力敏感而对材料织构不敏感的特性与其他形式的超声波相比，L
CR
波对应力的敏感度最高，被广泛应用于钢板、焊接接头和钢轨等结构件的应力检测中。
[0003]L
CR
波检测残余应力的原理是基于声弹效应，通过分析超声波传播速度的变化来反映样品表面和内部残余应力，从而表征样品中的残余应力。L
CR
波声束的指向性是在检测中的一个重要特性。S.Chaki和W.Ke等对L
CR
波声束指向性进行了研究，当采用水声耦合压电传感器激励以第一临界角入射时，折射纵波没有完全沿着试样表面传播，纵波声束最大幅值处与试样表面的夹角最小为25
°
。Pei和Bond等通过数值方法分析影响L
CR
波声束指向性的关键参数，得出入射角和传感器孔径对L
CR
波指向性影响最大的结论。研究L
CR
波指向角的优化对提高残余应力检测的分辨率具有重要的意义。
[0004]相比于常规的压电式超声传感器，电磁声传感器具有非接触和耐高温的优势。通过对电磁声传感器相关参数的调整，能够实现对声波指向性进行控制。本专利技术设计一种基于双回折线圈的纵波电磁声传感器，通过调整双回折线圈相关参数(间距相关参数k和时延参数
△
t)的方法，达到对纵波指向角进行调控的目的。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在设计一种基于双回折线圈的电磁声传感器对L
CR
波声束偏转的调控方法，解决压电式传感器激发的纵波声束指向性不易调控，优化并减少与试样表面夹角的问题。所提出的方法对L
CR
波声束偏转的调控能力优于传统压电式传感器，且具有非接触、耐高温的优势。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下设计方案：
[0007]一种基于双回折线圈的电磁声传感器，包括矩形钕铁硼磁铁1，柔性电路板中双回折线圈2；其特征在于：矩形钕铁硼磁铁1极化，提供竖直向下的静磁场。柔性电路板中双回折线圈线圈2中的激励电流在金属板3集肤深度层内，感应出与激励电流频率一致的交变磁
场，在金属板表面集肤深度内感生出与线圈电流方向相反、频率相同的感应涡流，和外界施加的静磁场三者相互作用下产生洛伦兹力。在洛伦兹力作用下，金属板表面就会产生周期性的弹性形变和振动，从而激发出超声波。所述的基于双回折线圈的电磁声传感器，其特征在于：矩形钕铁硼磁铁1的横截面形状为矩形，极化方向与长度方向垂直，提供与金属试件3垂直的静磁场。
[0008]所述的基于双回折线圈的电磁声传感器，其特征在于：柔性电路板中双回折线圈2，同一根线圈中相邻两根导线间距等于纵波的半波长或者纵波半波长的倍数。
[0009]所述的基于双回折线圈的电磁声传感器，其特征在于：柔性电路板中双回折线圈2，采用上下两层双层布线方式。两根回折线圈分别处于上下两层，并在两根线圈中分别导入有一定时间延迟的电流，来引起超声波声束偏转。
[0010]本专利技术可以获得如下有益效果：
[0011]1、矩形钕铁硼磁铁1放置在线圈2与被测金属板3之上，提供垂直于金属板3分布的静磁场；
[0012]2、柔性电路板中双回折线圈2，两根回折线圈分别处于上下两层，两根回折线圈中电流方向相同，并在两根线圈中分别导入有一定时间延迟的电流，以引起超声波声束偏转；
[0013]3、与传统压电式传感器相比，基于双回折线圈的电磁声传感器，通过调节双回折线圈相关参数来对体纵波声束偏转进行调控，能激励出与金属板表面夹角更小的L
CR
波；
[0014]4、基于双回折线圈的电磁声传感器，利用相控技术实现回折线圈之间的相位时延，通过静磁场与感应涡流耦合出具有一定入射角度的超声波，增强对声波声束的调控能力。
附图说明
[0015]图1基于双回折线圈的电磁声传感器结构示意图；
[0016]图2双回折线圈示意图；
[0017]图3基于双回折线圈的电磁声传感器工作原理示意图；
[0018]图4θ
L
和θ
T
随k的变化关系图；
[0019]图5不同时刻铝板中声场分布仿真结果图；
[0020]图6纵波指向性幅值归一化图；
[0021]图7不同时延下铝板中声场分布结果对比图。
[0022]图中：1、矩形钕铁硼磁铁，2、柔性电路板中双回折线圈，3、金属板试件。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明，且以下实施例只是描述性的不是限定性的，不能以此来限定本专利技术的保护范围。
[0024]基于洛伦兹力机理，设计一种基于双回折线圈的电磁声传感器对L
CR
波声束偏转的调控方法。在铝板上，利用该传感器激励出与板表面夹角更小的L
CR
波，并证明基于双回折线圈的电磁声传感器相比于传统压电式传感器提高了声束调控能力。图1为本专利技术基于双回折线圈的电磁声传感器结构示意图；包括矩形钕铁硼磁铁1，柔性电路板中双回折线圈2；超声波的产生位置为铝板3，规格为100
×
100
×
50(单位：mm)。柔性电路板中双回折线圈2置于
矩形钕铁硼磁铁1与铝板3之间，并与两者紧密接触。
[0025]所述的柔性电路板中双回折线圈2如图2所示，同一根线圈中相邻两根导线的中心间距d等于铝板中纵波的半波长。单根线总数为12。采用上下双层布线，上下两层共12根导线，单根导线长为32mm，宽度为0.2mm。
[0026]通常纵波电磁声传感器的永磁体提供平行于试件表面的静磁场，激发的纵波是垂直于试样表面并沿试样深度方向传播的。本专利技术中永磁体提供垂直于试件表面的静磁场，激发的纵波在理论上是沿着平行于试样表面方向传播的，且能量幅值较小。在此基础本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双回折线圈的电磁声传感器，其特征在于：包括矩形永磁铁(1)，柔性电路板中双回折线圈(2)；其特征在于：永磁铁(1)垂直极化，提供竖直静磁场；柔性电路板中双回折线圈(2)在金属板(3)集肤深度层内，感应出与发射电流频率一致的交变磁场，从而在金属板表面集肤深度内感生出与线圈电流方向相反、频率相同的涡流，与外界施加的竖直方向静磁场相互作用下产生洛伦兹力；在洛伦兹力的作用下，金属板表面就会产生周期性的振动，进而激发出超声波。2.根据权利要求1所述的一种基于双回折线圈的电磁声传感器，其特征在于：矩形永磁铁(1)的横截面形状为矩形，极化方向与长度方向垂直，提供垂直于金属板(3)的静磁场。...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘增华，蒋文硕，裴宁，赵斌，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：