[发明专利]水平剪切电磁超声探头

说明书

技术领域

本发明属于超声无损检测领域，更具体地，涉及一种用于铁磁性试件无损探伤的水平剪切波电磁超声探头。 

背景技术

电磁超声（Electromagnetic acoustic，简称EMAT）作为一种无损检测新技术具有一系列优点。相比较于传统的压电超声，电磁超声检测过程中不需要耦合剂，是一种非接触测量方式，因此在使用时对待测试件表面要求不高，还可用于一些高温环境下的无损检测。另外电磁超声还可以灵活地产生各类波型，尤其是表面波和板波的激发过程不需要更换换能器，只需要改变激励电信号的频率使之满足一定条件就可以实现波型模式的自由选择。因此电磁超声技术可用于列车车轮，石油天然气管道以及压力容器等的检测。 

水平剪切波（简称SH波）作为超声波的一种，当水平剪切波从平行于偏振方向的表面反射时，不会转化为其他类型的波，且杂乱回波较少，其对负载也不敏感，信号较纯净，因此相比于其它模式的超声波具有一定的不可替代性。采用非接触的电磁超声换能器可以实现水平剪切波的激励和接。 

传统的水平剪切波电磁超声探头采用水平磁场曲折线圈结构，激励的水平剪切波波长由绕制线圈的回折间距决定。此结构的换能效率很低，得到的信号较弱，为了提高水平磁场曲折线圈探头的耦合效率，Remo Ribichini在其博士论文“Modelling of electromagnetic acoustic transducers”中提出在试件上粘接镍带，但是这样就无法实现非接触测量。为了弥补永磁铁难以得到较强水平磁化的缺点，有研究者利用电磁铁的趋肤效应进行电磁铁磁 化，张志钢等在2005年《工业仪表与自动化装置》发表的“Lamb波与SH板波双模式电磁超声检测系统的设计与实验”就是采用电磁铁和曲折线圈的探头结构，通过交替开关对两组电磁铁进行工作控制，从而改变偏置磁场的方向来实现Lamb波与SH板波的切换。但电磁铁磁化需要配合电源使用，结构较复杂。 

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提供一种在铁磁性试件中产生或接收水平剪切波的电磁超声探头，该探头选用永磁铁磁化，结构简单，并且通过在主永久磁铁闭合的磁路上施加辅助永久磁铁，实现提高电磁超声线圈下部试件的磁化强度，达到提高效率，增加电磁超声信号强度和信噪比的技术效果。 

一种用于铁磁性试件无损探伤的水平剪切波电磁超声探头，包括： 

壳体，该壳体内开有三个空腔； 

两块主永久磁铁，该两块主永磁铁分别放置于壳体内两端的空腔内，磁极沿竖直方向且极性相反，用于对放置于平面线圈下方的试件进行水平磁化； 

衔铁，该衔铁用于连接两块主永磁铁，并与两主永磁铁组成闭合磁路； 

平面线圈，该平面线圈放置于壳体中间的空腔内，处于两块主永磁铁之间，采用回折线圈，且线圈内的电流方向与主永久磁铁5提供的偏置磁场方向平行；线圈被通以高频交流电后在试件表面产生交变磁场，此交变磁场与主永磁铁提供的静态偏置磁场共同作用，从而在试件中产生水平剪切波； 

辅助永久磁铁，该辅助永磁铁放置于平面线圈上方，用于提高试件的磁化强度； 

定位块，该定位块放置于衔铁与辅助永久磁铁之间，用于固定辅助永 久磁铁； 

壳盖，该壳盖与壳体连接； 

插座，该插座安装在壳盖上，通过绝缘导线与回折平面线圈连接； 

作为进一步优选地，所述辅助永久磁铁的磁极沿水平方向，且N极要靠近主永久磁铁的N极，S极靠近主永久磁铁的S极。 

作为进一步优选地，所述壳体和衔铁包含用于绝缘导线走线的刻槽结构。 

作为进一步优选地，所述壳体、壳盖和定位块均由非导电材料制成。 

作为进一步优选地，探头还包括耐磨层，该耐磨层采用耐磨损耐高温材料制成并粘接于壳体下方，用于防止检测过程中由于工件表面不平整而损坏探头，起到保护探头延长使用寿命的作用。 

本发明的技术效果体现在： 

按照本发明的水平剪切电磁超声探头，在常规的水平磁场曲折线圈的基础上，通过对磁化结构的改进，增加了辅助永久磁铁来提高电磁超声线圈下部试件中的磁化强度，解决了铁磁性材料中难以实现较强水平磁化的难题，从而增加电磁超声信号的强度和信噪比。此结构的水平剪切电磁超声探头可用于各类铁磁性试件的非接触无损探伤。 

附图说明

图1为按照本发明的水平剪切电磁超声探头的剖视图； 

图2为按照本发明的水平剪切电磁超声探头用于铁磁性试件检测的系统示意图；