[发明专利]一种基于磁致伸缩效应的电磁超声激励探头的设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及无损检测技术领域，尤其涉及一种基于磁致伸缩效应的电磁超声激励探头的设计方法。

背景技术

超声检测是工业上常用无损检测的方法之一。当超声波在物体内传播遇到缺陷时，一部分声波会产生反射并被超声波探头接收，对反射波进行分析，就能精确地测出缺陷来，并且能显示内部缺陷的位置和大小，测定材料厚度等。

电磁超声技术由于被测物件直接参与换能，不需要额外的耦合剂，因而在一些特殊的场合成为惟一能有效激发超声波的手段。对于铁磁性材料，电磁超声激发技术存在三种机理：洛仑兹力、磁化力和磁致伸缩效应。其中，磁致伸缩效应比洛仑兹力、磁化力大两个数量级，因此对铁磁性材料主要考虑磁致伸缩效应。在金属板材中可以稳定的传播多种模式的超声波。以前所设计的电磁超声激励探头考虑了模式波的激发，但是没有考虑各个模式之间的耦合，导致所激发的超声波模式不纯。由于多种超声波模式的存在不仅导致各个模式能量分散，而且还造成数据分析复杂。由于电磁超声发射技术机电耦合系数相对于其它声发射技术而言较低，因此设计一种激发模式单一的电磁超声激励探头非常必要。

发明内容

本发明的目的在于通过对磁致伸缩效应的电磁超声激发机理的研究和对板材中超声波传播规律的研究，提供一种基于磁致伸缩效应的电磁超声激励探头的设计方法，设计出一种能有效抑制多模干扰，模式单纯的电磁超声激励探头。

本发明的主要技术方案是：根据固体板中的声传播原理，包括SH型导波的传播规律以及波的叠加原理，得到最佳激发频率，通过优化设计该频率下电磁超声激发探头，有效的实现了模式的增强和抑制。

一种基于磁致伸缩效应的电磁超声激励探头的设计方法，所述方法包括：根据板中SH型超声导波的传播规律，确定出所述超声导波的特定频率f’，其中，在所述特定频率f’下，所述1阶模式的相速度是所述0阶模式的相速度的2倍；基于所述超声导波的特定频率f’，确定出所述电磁超声激励线圈的特征参数，以构建所述探头；其中，所述探头由永磁体磁块和电磁超声激励线圈组成，所述电磁超声激励线圈放置在永磁体磁块的N极和S极之间；其中，所述永磁体磁块用于在铁磁性板材表面生成平行于激励线圈导线的恒定偏置磁场；所述电磁超声激励线圈的激励线圈为U型线圈，所述U型线圈的底边设置有第一接线点和第二接线点；通过所述第一接线点和所述第二接线点向所述U型线圈内通入由连续的正弦波构成的脉冲串作为激励，在由交变激励电流产生的交变磁场和恒定偏置磁场的共同作用下，发射垂直于线圈导线和恒定偏置磁场的超声导波。

优选的，所述基于所述超声导波的特定频率f’，确定出所述电磁超声激励线圈的特征参数，以构建所述探头，具体包括：基于所述超声导波的特定频率f’，确定出0阶模式导波的波长；根据所述0阶模式导波的波长，确定出所述电磁超声激励线圈的特征参数。

优选的，在所述特定频率f’下，当生源初始相位相反，且声源间距为1阶模式的半波长时，0阶模式得到抑制，1阶模式增强。

优选的，所述电磁超声激励线圈特征参数具体是：导线间距W＝λ₀，导线宽度B≤λ₀/2，导线长度2λ₀≤L≤10λ₀；其中，λ₀是所述超声导波中0阶模式导波的波长。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供一种基于磁致伸缩效应的电磁超声激励探头的设计方法，根据固体板中的声传播原理，即SH型导波的传播规律，确定出最佳激发频率，然后根据该频率设计电磁超声激发探头，该设计方法的突出优点在于通过选择合适的激发频率f'，增强了板中1阶模式导波且有效抑制了0阶模式的导波，实现了特定频率下所激发导波模式的单一化、提高了信噪比、从而有效提高了缺陷的检测概率和量化精度。

附图说明

图1为本发明实施例中电磁超声激发探头示意图；

图2为本发明实施例电磁超声激励探头的设计方法的实施步骤图；

图3为本发明实施例SH型板波相速度频散曲线；

图4为本发明实施例电磁超声激励线圈示意图。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。