[实用新型]一种一体化收发切换式SH导波电磁超声探头

说明书

技术领域

本实用新型涉及电磁超声检测技术，具体是一种以洛伦兹力型为主、可激励平板中SH导波和管道管壁中周向SH波的电磁超声探头。 

背景技术

超声检测在材料无损评价方面应用广泛，电磁超声探头(Electromagnetic Acoustic Transducer，简称EMAT)与传统压电式超声波探头相比，具有无需耦合剂、工件表面无需预处理、检测效率高的优点，适合金属板材、棒材和管道检测。EMAT按照激励原理主要分为两类，洛伦兹力型和磁致伸缩型。磁致伸缩型EMAT的换能效率较高，但仅适合碳钢等铁磁性材料检测。洛伦兹力型EMAT适合导电材料的检测，应用范围较广。一般情况下导波检测用的发射EMAT和接收EMAT的线圈结构和匝数不同，为了达到最佳的激励能力和接收灵敏度，因此发射和接收用的EMAT是分离的。若将发射EMAT和接收EMAT合为一体，同时保证探头的激励能力和接收灵敏度不低于分离式EMAT，则在工业检测中将会更加实用。 

超声导波检测技术是一种新兴的无损检测技术，无需逐点扫查，一次可检测一块平板或一段管道，具有检测效率高的优点。若将电磁超声和导波技术整合一体，发挥其各自的优点，那么就可以实现非接触的快速检测，这在工业领域中有广阔的应用前景。近年来，国内也出现了SH导波的电磁超声探头，如中国专利CN102023186A设计了 可激励SH波的电磁超声探头来进行管道检测，发射和接收探头是分离开的而且采用磁铁较多，探头体积比较大，而且回波分析较复杂。为了减小探头体积方便实际应用，设计出发射和接收一体的SH导波EMAT，能实现管道或储罐钢板等的快速检测。 

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种采用激励信号来实现发射/接收一体化的可进行收发切换的SH导波电磁超声探头，具有结构设计简单、激励能力强、接收灵敏度高的特点，可进行厚板和大口径管道检测。 

本实用新型具体提供了一种一体化收发切换式SH导波电磁超声探头，其特征在于：所述电磁超声探头是由一对或一对以上永磁铁、非磁性材料隔片、两个或两个以上跑道形平面线圈、碳钢片、探头保护层、壳体、电容和切换开关组成；其中永磁铁排成若干列，每列若干个，相邻永磁铁的磁极相反吸合在顶部的碳钢片上，磁铁之间由非磁性材料片隔开，两个或两个以上几何尺寸相同的跑道形平面线圈粘贴在永磁铁下端，用n个平面线圈与2n-1个切换开关以及n-1个电容连接成电路，用探头激励信号经整流滤波来控制所有切换开关一致通断，即将探头激励信号经整流滤波后加到所有切换开关控制极，使所有切换开关导通，实现所有跑道形平面线圈与所有电容在电路上为并联；当无激励信号或激励电压低于切换开关导通最低电压时，所有切换开关为关断状态，所有跑道形平面线圈与所有电容在电路上为串联，其中n为大于等于2的整数。 

本实用新型所述一体化收发切换式SH导波电磁超声探头，其特征在于：所述非磁性材料隔片为塑料片或纸片等不导磁材料。 

本实用新型所述一体化收发切换式SH导波电磁超声探头，其特征在于：所述跑道形平面线圈为漆包线绕制的跑道形线圈或柔性印刷线路板PCB制成的跑道形线圈。 

本实用新型所述一体化收发切换式SH导波电磁超声探头，其特征在于：所述非磁性材料片的长度、宽度与永磁铁的长度、宽度相同，非磁性材料片的厚度可以根据需要而改变。 

本实用新型提供的收发切换式SH导波电磁超声探头，其探头保护层由塑料或刚玉片等绝缘材料制成，长度、宽度略大于磁铁组的长度、宽度，其厚度根据实际需要而定。探头壳体由若干块碳钢板组装而成。 

本实用新型还有以下技术特征： 

(1)激励信号为频率20kHz至5MHz的tone-burst，可以加Hanning窗进行调制或不加。 

(2)改变各个电容的电容值来实现三个线圈上激励信号相位一致。 

(3)利用几何尺寸相同的跑道形平面线圈叠放一起来，通过激励信号来控制切换开关的通断，实现电磁超声探头发射/接收的切换。 

(4)用作发射电磁超声探头时，所有跑道形平面线圈在电路上是并联，激励能量大；用作接收电磁超声探头时，所有跑道形平面线圈在电路上是串联，接收灵敏度高。 

本实用新型的电磁超声探头，在非磁性金属材料上靠洛伦兹力激励SH波，在铁磁性金属材料上依靠洛伦兹力和磁致伸缩力激励SH波，依据板或管道的尺寸可激励出SH₀模、SH₁模、SH₂模等。 

附图说明

图1电磁超声探头的俯视图(磁铁顶部碳钢片未画出)；