【技术实现步骤摘要】
专利技术涉及一种铁磁性金属材料表面无损检测评价的电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，属于超声无损检测领域。该传感器可以在铁磁性金属材料表面激励出宽频超声表面波，该传感器和电磁铁式单频超声表面波电磁声传感器相比，它具有更多的频率成分、信号幅值更高、混叠信号分辨率更高的优势，更适合对铁磁性金属材料进行的无损检测。
技术介绍
1、金属材料被广泛应用于广泛用于桥梁、船舶、建筑、车辆工程领域关重件的制作，受服役环境以及长期工作状态的影响，金属材料表面容易出现裂纹等缺陷，给设备正常运行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十分重要的意义。由于超声表面波在传播时能量主要集中在介质表面，穿透深度约为一个波长，因此对表面及近表面裂纹具有非常高的敏感度，常用于金属材料表面的检测评价。
2、可以激励超声表面波的电磁超声传感器按照提供磁场的方式，主要有永磁铁式电磁超声传感器和电磁铁式电磁超声传感器，由于永磁铁提供的磁场恒定、不便移动、无法应用于高温环境，电磁铁式电磁超声传感器的磁场的有无和强弱可以通过控制励磁电流的通断和电流的大小来进行控制，解决了永磁铁磁场不可控的问题，是一种最适宜应用于检测金属材料的电磁声传感器，具有广泛的应用前景。
3、电磁铁式电磁声传感器激励超声表面波的传感器主要由磁轭、励磁线圈和等间距激励线圈组成，激励出的超声表面波信号的波长由相邻激励线圈导线的间距决定。当使用单一频率超声表面波信号进行检测时，该表面波超声信号所包含频率少，仅能实现激励单一频率对应波长深度范围内缺陷的检测；并且单频的传感器所
4、针对上述问题，本专利技术拟通过多层串联的绕线方式，缠绕一定圈数的励磁线圈，通过线圈的匝数线圈直径相匹配，得到激励最佳偏执磁场的配置；通过一定的线圈间距设计方法，调整激励线圈之间间距，使得激励线圈与输入宽频信号的频率完全匹配，实现宽频超声压缩信号的激励。结构配置所激励超声表面波具有宽频带、幅值高、混叠信号分辨率高的特点。
技术实现思路
1、本专利技术旨在设计一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，其偏置磁场可调节，且可激励出的超声表面波信号频带宽，幅值高，混叠信号分辨率高，改善了常规的电磁铁式单频表面波电磁声传感器信号频率成分少、幅值低、脉冲宽度大导致的混叠信号分辨能力低等缺点，通过对激励线圈相邻线圈间距方法的设计，使其与输入的宽频激励信号的频率完全匹配，得到具有频带更宽，幅值更高，混叠信号分辨率高超声表面波信号。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下设计方案：
3、一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，包括磁轭1、励磁线圈2、不等间距激励线圈3；所述磁轭1的材料为取向型硅钢片，断面形状为e型，单片取向型硅钢片的厚度为0.35mm，硅钢片组成的磁轭1的左右两侧分别在厚度方向进行线焊。所述励磁线圈2缠绕在磁轭1的中间舌上，励磁线圈的圈数和对应的线圈直径相配置并以分层缠绕而成，磁轭所提供的磁场为大小可调节的恒定磁场。所述不等间距激励线圈3放置于磁轭1中间舌的正下方。
4、进一步地，所述不等间距激励线圈3由柔性电路板制作而成，不等间距激励线圈中通入激励信号为频率调制的宽频信号，不等间距激励线圈3的间距由宽频激励信号的频率决定，宽频信号的频率变化时，对应激励线圈的相邻线圈之间的间距也随之变化。
5、进一步地，所述不等间距激励线圈的相邻导线的间距是不相等，根据图4的方式确定激励线圈的间距，该传感器仅需要一个不等间距激励线圈，并往该线圈中通入对应的宽频激励信号，当线圈的间距和宽频激励的频率完全匹配时，传感器就可以得到一个尖峰信号，该尖峰信号就是超声表面波信号，它具有频带更宽，幅值更高，混叠信号分辨率高的特点。
6、本专利技术可以获得如下有益效果：
7、1、所述电磁铁磁轭形状为e型，由单片厚度为0.35mm的取向型硅钢片叠放组成，在磁轭中间舌头上以分层串联的方式缠绕励磁线圈，给励磁线圈通入电流后在磁轭中间舌部位产生垂直向下的磁场，当通入的电流增大，可以产生更大的偏置磁场，从而提高超声信号幅值。
8、2、宽频信号通入不等间距回折线圈中，不等间距回折线圈相邻导线间距与宽频信号的频率完全匹配时，实现不等间距激励线圈与宽频信号空间自相关，使得该宽频信号在某一瞬时出现尖峰，从而将超声表面波信号进行压缩，得到高信噪比的宽频超声表面波信号。
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1.一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，其特征在于：一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，包括磁轭、励磁线圈、不等间距激励线圈；所述磁轭的材料为取向型硅钢片，断面形状为E型，硅钢片组成的磁轭的左右两侧分别在厚度方向进行线焊；所述励磁线圈缠绕在磁轭的中间舌上，励磁线圈的圈数和对应的线圈直径相配置并以分层缠绕而成，磁轭所提供的磁场为大小可调节的恒定磁场；所述不等间距激励线圈放置于磁轭中间舌的正下方；通过控制通入磁轭中电流大小形成磁场强度可控制的偏执磁场；通入不等间距激励线圈的宽频信号为频率调制的宽频信号，通过设计不等间距激励线圈相邻线圈之间的距离，使不等间距激励线圈相与宽频激励信号的频率高度匹配，实现信号压缩，得到具有高信号幅值的超声表面波信号。
2.根据权利要求1所述的一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，其特征在于：所述不等间距激励线圈由柔性电路板制作而成，不等间距激励线圈中通入激励信号为频率调制的宽频信号，不等间距激励线圈的间距由宽频激励信号的频率决定，宽频信号的频率变化时，对应激励线圈的相邻线圈之间的间距也随之变化。
3.根据权利要求1所述的一种电磁铁式宽
4.根据权利要求1所述的一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，其特征在于：磁轭所提供的偏执磁场是大小可调的恒定磁场。
5.根据权利要求1所述的一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，其特征在于，不等间距激励线圈通入的激励信号为频率调制的宽频信号，且相邻线圈电流方向相反。
6.根据权利要求1所述的一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，其特征在于，不等间距激励线圈的间距由宽频激励信号的频率决定，当宽频信号的频率变化时，对应激励线圈的相邻线圈之间的间距也随之变化，并与信号频率成反比。
...【技术特征摘要】
1.一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，其特征在于：一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，包括磁轭、励磁线圈、不等间距激励线圈；所述磁轭的材料为取向型硅钢片，断面形状为e型，硅钢片组成的磁轭的左右两侧分别在厚度方向进行线焊；所述励磁线圈缠绕在磁轭的中间舌上，励磁线圈的圈数和对应的线圈直径相配置并以分层缠绕而成，磁轭所提供的磁场为大小可调节的恒定磁场；所述不等间距激励线圈放置于磁轭中间舌的正下方；通过控制通入磁轭中电流大小形成磁场强度可控制的偏执磁场；通入不等间距激励线圈的宽频信号为频率调制的宽频信号，通过设计不等间距激励线圈相邻线圈之间的距离，使不等间距激励线圈相与宽频激励信号的频率高度匹配，实现信号压缩，得到具有高信号幅值的超声表面波信号。
2.根据权利要求1所述的一种电磁铁式宽频表面波电磁声传感器，其特征在于：所述不等间距激励线圈由柔性电路板制作而成，不等间距激励线圈中通入激励信号为频率调制的宽频信号，不等间距激励线圈的间距由宽频激励信号的频率...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘增华，杨晴，郭彦弘，李金龙，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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