一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置，包含非线性高能超声测试设备、单向点聚焦式换能器，所述非线性高能超声测试设备连接有单向点聚焦式换能器；所述单向点聚焦式换能器包含永磁体、线圈A和线圈B，所述线圈A和线圈B呈扇形回折型，所述线圈A与线圈B的线圈回折区域为圆弧形，所述线圈A与线圈B错位叠加后呈扇形且共圆心，所述线圈A与线圈B的激励电流相位差为90

【技术实现步骤摘要】
一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置


[0001]本专利技术涉及无损检测
，尤其涉及一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置。

技术介绍

[0002]无损检测就是指在检查机械材料内部不损害或不影响被检测对象使用性能,不伤害被检测对象内部组织的前提下，利用材料内部结构异常或缺陷存在引起的热、声、光、电、磁等反应的变化，以物理或化学方法为手段，借助现代化的技术和设备器材，对试件内部及表面的结构、状态及缺陷的类型、数量、形状、性质、位置、尺寸、分布及其变化进行检查和测试的方法。
[0003]电磁超声技术作为一种无接触的无损检测方法，具有许多优点，如不受表面粗糙度的影响、不需要耦合剂等。然而，传统的电磁超声换能器在聚焦性能和检测效果上仍有改进空间。因此，需要研究一种新型的电磁超声换能器，以提高聚焦性能和检测效果。
[0004]工业金属板的在线检测方法主要包括涡流检测、漏磁检测及超声检测等。涡流检测和漏磁检测由于原理上的特点，难以有效检测出材料内部的微小裂纹；超声检测技术具有穿透能力强、缺陷定位准确度高、灵敏度高、检测速度快等优点。
[0005]中国专利CN115210016A公开了缺陷检测及修复系统可用于在连铸阶段期间检测并修复铸造金属内的亚表面缺陷。所述系统可包含：检测装置，其具有用以使用超声波检测所述铸造金属内的缺陷的一或多个检测单元；及修复装置，其具有用以修复由所述检测装置在含有所述经检测缺陷的所述铸造金属的目标区域中检测到的所述缺陷的一或多个修复单元。
[0006]上述专利实现对金属板材的亚表面缺陷进行检测以及修复，检测和修复功能双兼，但还存在电磁超声换能器在铝板缺陷检测中转换效率低、接收到的超声波信号的幅值小等问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提出了一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置，用于解决现有技术中电磁超声换能器的转换效率低、接收到的Rayleigh波信号幅值小的问题。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置，包含非线性高能超声测试设备、单向点聚焦式换能器；所述非线性高能超声测试设备连接有单向点聚焦式换能器；
[0010]所述单向点聚焦式换能器包含永磁体、线圈A和线圈B，所述线圈A和线圈B呈扇形回折型，所述线圈A与线圈B的线圈回折区域为圆弧形，所述线圈A与线圈B错位叠加后呈扇
形且共圆心，所述线圈A与线圈B为交错排列结构，线圈A与线圈B的回折弧线依次排列且分别经过对方线圈的回折半径R1的圆心上，所述线圈A与线圈B的激励电流相位差为90
°
，且幅值相同，所述线圈A与线圈B正上方设有永磁体，所述线圈A和线圈B下方设有被测铝板，所述线圈A与线圈B错位叠加后共圆心位置在被测铝板表面的投影为Rayleigh波单向点聚焦的位置，所述线圈A与线圈B离圆心最近的圆弧到圆心的距离为焦点半径，所述线圈A与线圈B的焦点半径为大小不等的预定值。
[0011]优选的，所述非线性高能超声测试设备频率设置为0.5
‑
2MHz，激励信号振幅为2A，脉冲个数设置为6个，脉冲宽度设置为4.1125，脉冲延迟设置为2.0，增益等级设置为70。
[0012]优选的，所述非线性高能超声测试设备分别连接有控制端和示波器，所述非线性高能超声测试设备分别连接单向点聚焦式换能器的线圈A及线圈B，所述非线性高能超声测试设备与线圈A之间依次连接有第一抗阻匹配和双向器，所述非线性高能超声测试设备与线圈B之间连接有第二抗阻匹配；所述非线性高能超声测试设备连接有前置扩大机，所述前置扩大机与接收器相连接，所述接收器放置在被测铝板上方。
[0013]优选的，所述线圈A与线圈B的线圈回折半径R1为0.1
‑
2mm，线圈A与线圈B的线圈相邻回折弧形线之间的距离2倍的R1值，线圈A与线圈B的线圈回折圈数为大小不等的预定值，所述线圈A与线圈B共心的圆心角为大小不等的预定值。
[0014]优选的，被测铝板与线圈A和线圈B中间通过绝缘材料或空气隔开。
[0015]优选的，所述永磁体产生的磁感线的NS极沿被测铝板法线方向排列。
[0016]优选的，所述被测铝板厚度均匀，所述铝板固定于水平平面上。
[0017]优选的，所述第一阻抗匹配和第二阻抗匹配的阻值为150Ω。
[0018]优选的，所述单向点聚焦式换能器外部套设有法拉第笼。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具备如下有益效果：
[0020](1)本专利技术通过线圈A和线圈B的双扇形回折型，错位叠加后且共圆心的结构设计，极大的增强了表面波信号幅值，采用独特的单向结构，在小型件上，可以极大的抑制来自其他方向的端面回波的干扰，整体上大幅提高了信号的信噪比；同时通过对非线性高能超声测试设备的设置下，不仅实现了Rayleigh波的单向点聚焦技术，而且极大地提高了换能器的能量转换效率以及信号的强度和检测精度，检测结果比传统换能器检测结果表面波信号增强3倍，在材料表面缺陷检测时，具有更高的聚焦性能和灵敏度，可更精准的分析及评估铝板表面及内部的质量。
[0021](2)本专利技术通过在单向点聚焦式换能器外套设法拉第笼，有效减少外部电磁干扰对检测结果的影响。
附图说明
[0022]图1是本专利技术本专利技术一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置的线圈A与线圈B交错叠加后的结构示意图；
[0023]图2是本专利技术一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置整体装置结构示意图；
[0024]图3是本专利技术一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置惠更斯原理示意图；
[0025][0026]图4是本专利技术一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置基于洛伦兹力的单向点聚焦式换能器换能机理示意图；
[0027]图5为采用传统EMAT与本专利技术提供的一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置在实际铝板上的表面波激发效率结果对比示意图。
具体实施方式
[0028]以下结合说明书附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，并且在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0029]实施例1
[0030]一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置，包含非线性高能超声测试设备、单向点聚焦式换能器；所述非线性高能超声测试设备连接有单向点聚焦式换能器；
[0031]所述单向点聚焦式换能器包含永磁体、线圈A和线圈B，所述线圈A和线圈B呈扇形回本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置，包含非线性高能超声测试设备、单向点聚焦式换能器，其特征在于：所述非线性高能超声测试设备连接有单向点聚焦式换能器；所述单向点聚焦式换能器包含永磁体、线圈A和线圈B，所述线圈A和线圈B呈扇形回折型，所述线圈A与线圈B的线圈回折区域为圆弧形，所述线圈A与线圈B错位叠加后呈扇形且共圆心，所述线圈A与线圈B为交错排列结构，线圈A与线圈B的回折弧线依次排列且分别经过对方线圈的回折半径R1的圆心上，所述线圈A与线圈B的激励电流相位差为90
°
，且幅值相同，所述线圈A与线圈B正上方设有永磁体，所述线圈A和线圈B下方设有被测铝板，所述线圈A与线圈B错位叠加后共圆心位置在被测铝板表面的投影为Rayleigh波单向点聚焦的位置，所述线圈A与线圈B离圆心最近的圆弧到圆心的距离为焦点半径，所述线圈A与线圈B的焦点半径为大小不等的预定值。2.根据权利要求1所述的一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置，其特征在于：所述非线性高能超声测试设备频率设置为0.5
‑
2MHz，激励信号振幅为2A，脉冲个数设置为6个，脉冲宽度设置为4.1125，脉冲延迟设置为2.0，增益等级设置为70。3.根据权利要求1所述的一种基于惠更斯原理的Rayleigh波单向点聚焦式电磁超声无损检测装置，其特征在于：所述非线性高能超声测试设备分别连接有控制端和示波器，所述非线性高能超声测试设备分别连接单向点聚焦式换能器的线圈A及线圈B，所述非...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，楼听雨，吕程，刘书诚，宋小春，吴樵，
申请(专利权)人：湖北特种设备检验检测研究院，
类型：发明
国别省市：