[发明专利]一种激励和接收超声水平剪切导波的超声换能探头

说明书

技术领域

本发明公开一种激励和接收超声水平剪切导波的超声换能探头，按国际专利分类表(IPC)划分属于无损检测领域，涉及一种磁性、非磁性板状、类板状及曲面结构的无损检测装置。 

背景技术

水平剪切导波是一种在平行于导体表面、在板内振动传播的超声导波。由于其对导体表面缺陷敏感，且不受导体表面质量影响的特点，非常适用于不可达或隐蔽区域的表面开裂、厚度变薄等缺陷的检测。采用磁致伸缩换能器产生和接收水平剪切导波是一种有效的方法。这种方法的原理是利用铁磁物质在交变的外磁场中，由于磁化状态的改变，其尺寸在各方向发生变化产生振动。 

目前的磁致伸缩换能器通过具有强烈的磁致伸缩性的薄铁磁片吸附在被检测结构表面上完成，在使用前需要将待测结构表面打磨平，只能用于检测铁磁性材料，应用范围窄。在使用时，需要安装电磁铁或永磁体等外置磁场，安装费时，不方便使用，因此需要改进。 

中国文献CN101813670A公开一种管道轴向超声导波换能探头，它包括一预磁化的镍铁合金片和多组线圈带；所述镍铁合金片沿待测管道的周向紧密固定在待测管道外壁上，所述镍铁合金片上的剩余磁通密度沿待测管道周向分布，该控头只适用于管道检测，且镍铁合金片需要预磁化处理。 

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种激励和接收超声水平剪切导波的超声换能探头，可应用于铁磁性或非铁磁性材料结构的检测，在使用中，有无耦合剂都可以激励和接收相关的水平剪切导波，无论接触平面平坦或弯曲的情况下都能使用。 

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种激励和接收超声水平剪切导波的超声换能探头，包括铁钴合金磁介质片、多组线圈带、两块永磁体以及换能器壳体，其中：

铁钴合金磁介质片，其设置在换能器壳体底部开口处用来和被检测结构表面直接接触；

多组线圈带，其为一根导线缠绕固定在螺线管上的多组线圈，相邻两组线圈中心距离相等，该线圈带和两块永磁体固定在换能器壳体内且位于铁钴合金磁介质片一侧；

永磁体，有两块，其分别置于多组线圈带的两侧以提供静态磁场并与多组线圈带通电产生正交磁场进行超声导波的激发和接收。

进一步，所述多组线圈带的导线的起始端连接检测装置的前置放大器，多组线圈带的导线末端依次连接阻抗器和示波器。 

进一步，所述铁钴合金磁介质片的厚度为0.2~1mm。 

进一步，所述铁钴合金磁介质片内的水平剪切超声导波的波长为相邻两组线圈带的中心距离的2倍。 

进一步，所述多组线圈带的总组数为3~10组，每组线圈的导线匝数为2~20匝。 

进一步，所述多组线圈带的每组线圈的绕设斜度与螺线管轴线垂直。 

本发明可广泛应用于磁性、非磁性板状、类板状及曲面结构中的水平剪切导波检测，本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点： 

1. 由于本发明采取永磁体和绕组线带通电产生正交磁场进行超声导波的激发和接收，故装置本身结构小巧，且对待测构件的材料形状没有特殊要求，无论是否有耦合剂、无论是磁性或非磁性材料结构、无论平面是否平坦或者弯曲的情况下都能使用；

2. 本发明由于采用等间隔线圈缠绕方式，所激发和接收的水平剪切超声导波的波长是各组线圈间中心距离的二倍，故具有选频功能，所激发和接收的水平剪切超声导波具有频率固定和单一的优点。 

附图说明

图1是本发明的原理示意图。 

图2是本发明的结构示意图。 

图3是本发明多组线圈绕管的示意图。 

图4是运用于本发明激励/接收的水平剪切导波信号时域图。 

图5是运用于本发明激励/接收的水平剪切导波信号频域图。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：