[发明专利]一种电磁超声表面波换能器及其设计方法

权利要求书

1.一种电磁超声表面波换能器，其特征在于，它包括：磁铁(1)、曲折线圈(2)和铜箔(3)；

所述曲折线圈(2)包括：导线(2-1)和骨架(2-2)，曲折线圈(2)的匝数为n，其中n＝5,6,7；

所述骨架(2-2)为左右对称结构，沿骨架(2-2)的一侧排布有2n个导线槽，每个导线槽内均设置有呈方波的形状曲折排布的导线(2-1)，以两个相邻的导线槽为一级，n个导线槽中的导线数量从曲折线圈(2)的两端向骨架(2-2)的中心方向逐级递减；

永磁铁(1)、曲折线圈(2)和铜箔(3)的长度均相等，曲折线圈(2)和铜箔(3)的宽度相等，磁铁(1)的宽度小于曲折线圈(2)的宽度，且满足：

(w₁/w₂)＝-0.0009571(h)²+0.0266(h)+0.7694；

其中，h＝t₁/λ，t₁为磁铁(1)的厚度，λ为磁铁(1)激发的表面波的波长，w₁为磁铁(1)的宽度，w₂为曲折线圈(2)的宽度；

磁铁(1)、铜箔(3)和曲折线圈(2)依次重叠固定。

2.根据权利要求1所述的一种电磁超声表面波换能器，其特征在于，所述导线(2-1)为漆包线导线。

3.根据权利要求1所述的一种电磁超声表面波换能器，其特征在于，所述铜箔(3)的厚度为0.1mm。

4.根据权利要求1所述的一种电磁超声表面波换能器，其特征在于，所述磁铁(1)为N52型钕铁硼永磁体。

5.一种电磁超声表面波换能器的设计方法，其特征在于，所述电磁超声表面波换能器包括：磁铁(1)、曲折线圈(2)和铜箔(3)；

所述曲折线圈(2)包括：导线(2-1)和骨架(2-2)，曲折线圈(2)的匝数为n，其中n＝5,6,7；

所述骨架(2-2)为左右对称结构，沿骨架(2-2)的一侧排布有2n个导线槽，每个导线槽内均设置有呈方波的形状曲折排布的导线(2-1)；

磁铁(1)、铜箔(3)和曲折线圈(2)依次重叠固定；

所述包括以下步骤：

步骤一：根据实际测量需求和工程应用限制条件确定待设计换能器的工作频率f、导线槽中导线的平均数和磁铁(1)的厚度t₁，所述磁铁(1)的厚度t₁为：在工程应用限制条件下，磁铁(1)所允许的最大厚度；

步骤二：利用待设计换能器的工作频率f和待测试件的表面波波速c，计算得出激发表面波波长λ，然后根据该激发表面波波长λ确定曲折线圈(2)的宽度w₂；

步骤三：利用磁铁(1)的厚度t₁和激发表面波波长λ，获得磁铁(1)的厚度t₁和激发表面波波长λ的比例关系h；

步骤四：以磁铁(1)的宽度w₁与曲折线圈(2)的宽度w₂的比例为纵坐标，磁铁(1)的厚度t₁和激发表面波波长λ的比例关系h为横坐标，分别在500kHz、750kHz和1MHz的频率下，改变磁铁(1)的宽度w₁与曲折线圈(2)的宽度w₂的比例进行仿真，获得三种频率下三条磁铁(1)的宽度w₁与曲折线圈(2)的宽度w₂的最佳比例和磁铁(1)的厚度t₁与激发表面波波长λ的比例的关系曲线；

步骤五：将步骤四获得的三条比例经验曲线进行拟合，获得一条最佳比例经验曲线；

利用磁铁(1)的厚度t₁和激发表面波波长λ的比例关系h，在最佳比例经验曲线上找到比例关系h的对应点，根据该对应点获得磁铁(1)的宽度w₁与曲折线圈(2)的宽度w₂的最佳比例关系w₁/w₂，然后利用曲折线圈(2)的宽度w₂获得磁铁(1)的宽度w₁；

步骤六：依据上述参数和换能器结构，组装换能器，保证曲折线圈12个导线槽中均设有1根导线，依次单独激发每个导线槽中的导线，得出每个导线槽中的导线单独产生表面波的幅度与传播距离的图像；

根据该图像表示出的各导线槽中的导线表面波的激发效率和每个导线槽中平均导线数设置各导线槽中的导线数目，获得一种电磁超声表面波换能器。