宽频磁致伸缩SH0模态导波监测换能器制造技术

宽频磁致伸缩SH0模态导波监测换能器，解决了如何提高基于反转魏德曼效应的磁致伸缩换能器换能效率的问题，属于无损检测技术领域。本发明专利技术包括永磁体、磁致伸缩贴片和曲折线圈；磁致伸缩贴片沿被测金属试件周向粘贴在被测金属试件的外表面，曲折线圈设置在磁致伸缩贴片表面，永磁体沿被测金属试件周向等间距均匀排布，相邻两个永磁体之间极性相反，充磁方向沿被测金属试件轴向方向，产生轴向静磁场；永磁体间距与曲折线圈相邻导线间距相等，每个永磁体中心线与正下方的曲折线圈导线的中心线对齐；曲折线圈通入交变电流提供动态磁场，曲折线圈中同一时刻相邻导线中电流方向相反。曲折线圈中同一时刻相邻导线中电流方向相反。曲折线圈中同一时刻相邻导线中电流方向相反。

【技术实现步骤摘要】
宽频磁致伸缩SH0模态导波监测换能器


[0001]本专利技术涉及一种基于反转魏德曼效应的磁致伸缩SH0模态导波监测换能器结构，属于无损检测


技术介绍

[0002]板材、管件等在服役过程中经常产生裂纹和腐蚀等缺陷，形成安全隐患。为了保证产品的安全运行和有效使用，无损检测在石油石化、轨道交通等领域已经成为一种强制性措施。但是，现有的检测技术存在检测范围小、效率低，人工检测成本高、误差大等问题。磁致伸缩SH0模态导波传播距离远，适合大型板材、管件的长期健康监测。
[0003]根据魏德曼效应的定义，铁磁性板材、管件在垂直于声波传播方向的水平静磁场和平行于声波传播方向的交变磁场的共同作用下，将产生SH0模态导波。现阶段磁致伸缩导波检测系统其换能器均采用预磁化的磁致伸缩贴片和曲折线圈，将磁致伸缩贴片沿管道周向或者板材垂直于声波传播方向粘贴，并使用永永磁体1沿该方向将磁致伸缩材料磁化，然后将曲折线圈沿同方向放置在磁致伸缩贴片材上表面，通入交变电流后产生沿声波传播方向的交变磁场。该结构换能器一方面预磁化导致偏置磁场较小，磁致伸缩材料无法发挥最佳磁致伸缩性能，且退磁导致无法长期监测；另一方面，周向曲折线圈结构形成带通滤波器，具有固定的中心频率，即需要人工更换线圈改变SH0导波的工作频率，导致磁致伸缩SH0导波技术仅能应用于逐点检测，难以对工业板材、管件进行长时间监测。
[0004]还有一种基于反转魏德曼效应的扭转导波磁致伸缩换能器,使用多块永磁体沿管道周向方向均匀排布，且沿轴向同向充磁。为了在管道中激励沿轴向传播的扭转导波，需要使磁致伸缩贴片中产生沿管道周向方向分布的动态磁场，因此将通入交变电流的线圈以螺线管形式缠绕在磁致伸缩贴片上。然而，这种换能器设计方式导致磁致伸缩贴片下表面与被测试件外表面之间夹有一层线圈，严重影响换能器的耦合效果，最终降低换能效率。此外，线圈以螺线管形式缠绕在磁致伸缩贴片上，导致换能器制作和安装成本明显提升。

技术实现思路

[0005]针对如何提高基于反转魏德曼效应的磁致伸缩换能器换能效率的问题，本专利技术提供一种宽频磁致伸缩SH0模态导波监测换能器。
[0006]本专利技术的一种宽频磁致伸缩SH0模态导波监测换能器，包括永磁体1、磁致伸缩贴片3和曲折线圈4；
[0007]磁致伸缩贴片3沿被测金属试件6周向粘贴在被测金属试件6的外表面，曲折线圈4 设置在磁致伸缩贴片3表面，永磁体1沿被测金属试件6周向等间距均匀排布，相邻两个永磁体1之间极性相反，充磁方向沿被测金属试件6轴向方向，产生轴向静磁场；永磁体 1间距与曲折线圈4相邻导线间距相等，每个永磁体1中心线与正下方的曲折线圈4导线的中心线对齐；曲折线圈4通入交变电流提供动态磁场，曲折线圈4中同一时刻相邻导线中电流方向相反。
[0008]作为优选，所述监测换能器还包括聚磁结构2，具有磁导率；每个永磁体1的两个磁极处各设置一个聚磁结构2，永磁体1与磁致伸缩贴片3之间存在距离，永磁体1的两磁极通过聚磁结构2与被测金属试件6及磁致伸缩贴片3连接，永磁体1、聚磁结构2和磁致伸缩贴片3形成闭合回路。
[0009]作为优选，所述聚磁结构2采用相连接的两段结构，其中第一段结构的一端吸附在永磁体1的磁极上，另一端与被测金属试件6的外表面接触，且与第二段结构的一端连接，第二段结构在被测金属试件6的外表面向磁致伸缩贴片3延伸，并与磁致伸缩贴片3接触。
[0010]作为优选，所述第一段结构的截面为矩形，第二段结构的截面为等腰直角梯形，第二段结构的一个直角边矩形面与第一段结构的另一端连接，第二段结构的另一个直角边矩形面与被测金属试件6的外表面接触，且与磁致伸缩贴片3接触。
[0011]作为优选，所述聚磁结构2采用相对磁导率约为2000的电工纯铁制成。
[0012]作为优选，磁致伸缩贴片3的宽度为中心频率对应的SH0模态导波波长的0.5倍。
[0013]作为优选，磁致伸缩贴片3的宽度为中心频率对应的SH0模态导波波长的1.5倍。
[0014]作为优选，所述监测换能器还包括耦合剂5；
[0015]磁致伸缩贴片3通过耦合剂5与被测金属试件6粘接，耦合剂5用于将磁致伸缩贴片 3产生的振动传递到被测金属试件6上。
[0016]作为优选，所述耦合剂5由环氧树脂制成的。
[0017]作为优选，通过有限元仿真确定最佳静磁场时永磁体1的厚度。
[0018]本专利技术的有益效果，本专利技术的换能器使用带磁路的轴向充磁交替永磁阵列提供静态偏置磁场，曲折线圈提供交变磁场，不仅能够提高换能器的换能效率，而且能够使线圈和磁致伸缩贴片完全分离，有效降低了换能器的制作与安装难度。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的示意图及爆炸图；
[0020]图2为曲折线圈结构与绕制方式示意图；
[0021]图3为反转魏德曼效应对比预磁化方式的实验结果图；
[0022]图4为有磁路和无磁路的仿真结果对比图；
[0023]图5为磁路装置结构示意图，其中(a)为矩形磁路，(b)为梯形磁路，(c)为矩形聚磁结构，(d)为等腰三角形聚磁结构；
[0024]图6为力载荷宽度为SH0模态导波波长一半时信号叠加关系示意图；
[0025]图7为磁路结构示意图；
[0026]图8为磁路参数对静磁场的影响，其中，(a)为调整永磁体1长度对静磁场水平分量的影响，(b)为调整磁路宽度对静磁场水平分量和垂直分量的影响，(c)为调整聚磁结构宽度对静磁场水平分量和垂直分量的影响，(d)为调整永磁体1厚度对静磁场水平分量和垂直分量的影响，(e)为调整提离距离对静磁场水平分量和垂直分量的影响；
[0027]图9为有磁路与无磁路时300kHz的SH0模态导波信号。
具体实施方式
[0028]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0030]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。
[0031]如图1所示，本实施方式的一种宽频磁致伸缩SH0模态导波监测换能器，包括永磁体1、磁致伸缩贴片3和曲折线圈4；
[0032]磁致伸缩贴片3沿被测金属试件6周向粘贴在被测金属试件6的外表面，曲折线圈4 设置在磁致伸缩贴片3表面，永磁体1沿被测金属试件6周向等间距均匀排布，相邻两个永磁体1之间极性相反，充磁方向沿被测金属试件6轴向方向，产生轴向静磁场；相邻永磁体1的间距与曲折线圈4相邻导线间距相等，每个永磁体1中心线与正下方的曲折线圈 4导线的中心线对齐；曲折线圈4通入交变电流提供动态磁场，为了避免相邻永永磁体1 正下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.宽频磁致伸缩SH0模态导波监测换能器，其特征在于，包括永磁体、磁致伸缩贴片和曲折线圈；磁致伸缩贴片沿被测金属试件周向粘贴在被测金属试件的外表面，曲折线圈设置在磁致伸缩贴片表面，永磁体沿被测金属试件周向等间距均匀排布，相邻两个永磁体之间极性相反，充磁方向沿被测金属试件轴向方向，产生轴向静磁场；相邻永磁体的间距与曲折线圈相邻导线间距相等，每个永磁体中心线与正下方的曲折线圈导线的中心线对齐；曲折线圈通入交变电流提供动态磁场，曲折线圈中同一时刻相邻导线中电流方向相反。2.根据权利要求1所述的宽频磁致伸缩SH0模态导波监测换能器，其特征在于，所述监测换能器还包括聚磁结构，具有磁导率；每个永磁体的两个磁极处各设置一个聚磁结构，永磁体与磁致伸缩贴片之间存在距离，永磁体的两磁极通过聚磁结构与被测金属试件及磁致伸缩贴片连接，永磁体、聚磁结构和磁致伸缩贴片形成闭合回路。3.根据权利要求2所述的宽频磁致伸缩SH0模态导波监测换能器，其特征在于，所述聚磁结构采用相连接的两段结构，其中第一段结构的一端吸附在永磁体的磁极上，另一端与被测金属试件的外表面接触，且与第二段结构的一端连接，第二段结构在被测金属试件的外表面向磁致伸缩贴片延伸，并与磁致伸缩贴片接触。4.根据权利要求3所述的宽频磁...

【专利技术属性】
技术研发人员：王淑娟，李策，于明贺，张帆，周纬航，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：