【技术实现步骤摘要】
专利技术涉及一种用于金属材料表面检测评价的宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，属于无损检测与结构健康监测领域，该传感器可激励宽频脉冲压缩宽频超声表面波，相较于常规单频超声表面波电磁声传感器，其超声表面波信号具有频率成分丰富、幅值高以及脉冲宽度窄等优势，更有利于金属材料表面的检测评价。
技术介绍
1、高强度金属材料被广泛应用于航空航天航海、热电石化等行业，由于金属材料长期服役于严苛环境中，表面易出现裂纹缺陷，会给金属材料组成的重要部件带来严重的安全隐患，因此对金属材料表面进行检测评价具有重要意义。超声表面波在金属材料中传播时，其能量主要集中在材料表面下一个波长的深度内，具有衰减小、传播距离远、灵敏度高等优点，常用于金属材料表面的检测评价。
2、用于激励超声表面波的传感器主要有压电传感器和电磁声传感器，压电传感器通过耦合剂将超声波能量传递到金属材料中，然而，当材料表面状况较差或是具有非接触检测需求时压电传感器适用性较差。电磁声传感器(electromagneticacoustic transducer,emat)基于电磁感应原理，无需直接接触便可在金属材料内部激励超声表面波，具有非接触、无需耦合剂以及高温检测等优点。
3、目前，用于激励超声表面波的emat主要由单块永磁铁与等间距回折线圈组成，所激励单频窄带超声表面波信号的频率由回折线圈的导线间距决定。然而，使用窄带超声表面波信号用于检测评价时，超声表面波信号所包含的频率信息成分较少，仅能实现金属材料中该频率对应的波长深度内的检测评价。相较于压电超声传感器，使
4、本专利技术通过将单一永磁铁调整为hallbach阵列型永磁铁，增强被测金属材料内部磁通密度，调整变间距回折线圈的相邻线圈间距，使其与线性调频激励信号波长变化完全匹配，对超声表面波信号进行脉冲压缩。该结构配置所激励超声表面波具有宽频带、高幅值、窄脉冲的特点。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提出一种可激励宽频带、高幅值、窄脉冲的超声表面波emat，针对常规超声表面波emat信号频率信息少、幅值低、脉冲宽度大等问题，从传感器的结构设计出发，通过将单一永磁铁调整为hallbach阵列型永磁铁，增强了被测金属材料内部磁通密度，调整变间距回折线圈的相邻线圈间距，使其与线性调频激励信号波长变化完全匹配，对超声表面波信号进行脉冲压缩。实现了宽频带、高幅值、窄脉冲的超声表面波激励。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下设计方案：
3、一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，包括hallbach阵列型永磁铁1、变间距回折线圈2；其特征在于：将多块永磁铁以hallbach阵列形式进行组合并置于变间距回折线圈上。
4、所述的一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，其特征在于：hallbach阵列磁铁由多个不同充磁方向的永磁铁组成，按照一定顺序排列。
5、所述的一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，其特征在于：hallbach阵列磁铁中，最外围两个永磁铁充磁方向垂直向上。中间的永磁铁充磁方向垂直向下，中间永磁铁左侧永磁铁充磁方向水平向右，中间永磁铁右侧永磁铁充磁方向水平向左。
6、所述的一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，其特征在于：变间距回折线圈中通入的激励信号为线性调频信号，信号的频率经过调制后呈线性变化，相邻导线的电流方向相反。
7、所述的一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，其特征在于：变间距回折线圈中通入的线性调频信号波长呈线性变化，该变化趋势与线圈中通入的线性调频激励信号的频率变化趋势相反。
8、所述的一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，其特征在于：变间距回折线圈的相邻导线的间距呈线性变化，变间距回折线圈相邻导线的间距等于线性调频信号半波长的一半。
9、本专利技术可以获得如下有益效果：
10、1、hallbach型阵列磁铁的磁感线主要分布于永磁铁的下表面，上表面磁感线密度被大幅削弱，单向增强了永磁铁下方的磁场强度，从而提高超声表面波信号幅值。
11、2、将线性调频信号通入变间距回折线圈中，变间距回折线圈的导线间距变化情况与线性调频信号的半波长变化情况完全匹配，变间距回折线圈可对线性调频信号进行匹配滤波，使得不同频率成分的信号在某一瞬时出现峰值，从而将超声表面波信号的脉冲宽度显著压缩，从而得到高信噪比的宽频脉冲压缩超声表面波信号。
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1.一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，包括Hallbach阵列型永磁铁、变间距回折线圈；其特征在于：Hallbach阵列型永磁铁置于变间距回折线圈正上方；
2.根据权利要求1所述的一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，其特征在于：变间距回折线圈中通入的线性调频信号波长呈线性变化，该线性变化的趋势与线圈中通入的线性调频激励信号的频率变化趋势相反。
3.根据权利要求1所述的一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，其特征在于：变间距回折线圈的相邻导线的间距d呈线性变化，相邻导线的间距等于线性调频信号半波长的一半。
4.根据权利要求1所述的一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，其特征在于：将Hallbach阵列型永磁铁与变间距回折线圈结合，在增强被测金属材料内部磁通密度基础上，使线圈间距与线性调频激励信号波长变化完全匹配，对超声表面波信号进行脉冲压缩，使传感器激励出宽频带、高幅值、窄脉冲的超声表面波，提高对金属材料表面的检测能力。
【技术特征摘要】
1.一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，包括hallbach阵列型永磁铁、变间距回折线圈；其特征在于：hallbach阵列型永磁铁置于变间距回折线圈正上方；
2.根据权利要求1所述的一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感器，其特征在于：变间距回折线圈中通入的线性调频信号波长呈线性变化，该线性变化的趋势与线圈中通入的线性调频激励信号的频率变化趋势相反。
3.根据权利要求1所述的一种宽频脉冲压缩超声表面波电磁声传感...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘增华，郭彦弘，赵欣，程进杰，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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