[发明专利]电磁声转换器

说明书

技术领域

本发明涉及材料和物品的无损探伤，特别是，超声探伤领域，并且可用于测试轧制板材和型钢以及管。

背景技术

已知一种根据RU2295125的电磁声换能器(EMAT)，该电磁声换能器包括感应器或成组感应器、非铁磁金属制成的壳体、和电介质，更加通常的是，在感应器周围胶合在壳体中的陶瓷保护器。已知的换能器包括壳体、感应器和保护器，该保护器以陶瓷板的形式，用于保护感应器免受损坏。该保护器仅保护感应器免受机械损坏，并且通常具有与感应器或成组感应器的尺寸比较相当小的尺寸和对应于感应器的形状。

通常，保护器的工作平面与壳体的工作表面位于相同水平或者稍微凹入该工作表面中。可以说保护器在基体内，它被“胶合”在基体中。通常，考虑到小的保护器尺寸，其工作表面不需要与接受测试的物体的表面形状匹配。在这种方法中，保护器尺寸的最小化减小其与壳体的周边接触和相互作用的程度，并且整体上有利地影响EMAT操作寿命。然而，壳体尺寸的变小受感应器或成组感应器的尺寸的限制。

在形状上与被检查的物体匹配，基体包括压缩空气出口并且用于形成空气垫。基体是形成空气垫且决定其在已知换能器中的操作的功效的主要元件。基体工作表面的形状总是对应于接受测试的物体，这是由于基体是EMAT的这样的元件，即从几何观点看，在执行超声检查期间，该元件与被探测的物体最接近。

这种EMAT的缺陷是感应器和保护器之间声杂散耦合的出现和保护器的小尺寸引起的相当高的声干涉水平。

当电流脉冲流过通常放置在强磁场的工作区域中的感应器时，洛伦茨力影响感应器，该力正比于感应器电流、感应器的匝数和工作区域中的磁场的感应值的乘积。

由于在感应器和保护器之间实际上出现不可避免的声耦合，因此弹性振动产生在保护器中，传播到位于不远处的保护器的边界，然后从这些边界反射并且回到感应器区域中，在其中产生电脉冲，该电脉冲可干涉从接受测试的物体接收有用信号。

这种EMAT的缺陷还在于由换能器的金属零件(基体)和被检查的物体之间的杂散电磁耦合的出现引起的相当低的干涉保护。

对EMAT和接受测试的物品之间的电磁耦合的超声测试的有效性的可能的消极影响的原因如下。

当执行运输线上的运动零件的超声探伤时，电流在运动零件的表面上流动；这些电流由运输系统元件的电势的不均匀性和电磁场的高强度(轧制金属和管的现代生产的特性)引起。从EMAT应用的观点来看，板材的每个具体部分的电势可具有本质上不同于“零点”电势的值。因此，当金属基体接触接受测试的物体时，这产生补偿电流流过换能器的金属元件和将EMAT与输入装置(前置放大器)连接的电缆的护套的条件。这些现象引起的干涉的相当大的幅值和宽的频谱可导致超声检查的灵敏度和可靠性的实质减小。

干涉产生的高可能性不仅出现在直接接触的金属基体和被检查物品之间，也出现在它们之间的小间隙，这是由“基体-接受测试的金属”的电容耦合引起的。

干涉源也可由将换能器与电子系统连接的电缆的护套中的声脉冲引起的电流产生，并且也由被检查的物品的表面上的感应器产生。在用于空气垫的小间隙特性的情况下，在被检查的物体的表面和金属基体之间产生强的电容耦合。这种耦合可在屏蔽和接地电路中，特别地，在连接前置放大器和EMAT的电缆的护套中导致电流谐振激励。这种特定类型的干涉表现为被接收信号的A-渐开线上的声脉冲的实质“延迟”。

其保护器尺寸和形状对应于感应器或成组感应器的EMAT的其它缺陷是这种构造的低的机械、温度和腐蚀耐受性。

空气垫用来有效保护换能器免受温度和磨损。同时，接受测试的金属可具有不平度，表面上的突出缺陷和离开标称值的形状的偏差。这决定了EMAP与物品直接机械接触并且因而损坏的可能性。此外，由形成空气垫的压缩空气流扯下的金属灰的固体颗粒被加速到高速，致使对换能器工作表面的腐蚀性、破坏效果。

在所有实际重要的情况下，基体金属与生产保护器的陶瓷相比是较软的材料。划痕、擦伤局部磨损急剧地减小空气垫的功效。存在于空气垫区域中的材料的物理性质的差异限定了换能器的非一致机械和腐蚀磨损。陶瓷周边和基体之间的粘合剂连接遭受特别强烈的腐蚀。在高温超声探伤过程中，由于所用材料的膨胀系数的差异，“加热-冷却”循环也消极地影响EMAT的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是，由于感应器和保护器之间的声耦合消极影响减小，换能器和接受测试的物体之间的电和电磁耦合的变小，以及这种耦合引起的电和电磁干涉水平的降低，增加超声探伤的灵敏度、干涉保护和可靠性。