[实用新型]一种水平剪切模态磁致伸缩传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种传感器，具体的说是一种水平剪切模态磁致伸缩传感器，可在板结构中激励出单一的SH₀模态导波；属于超声无损检测领域。

背景技术

超声导波技术是一种新兴的无损检测新技术，其具有检测范围大、效率高、衰减小等优点，对于结构表面缺陷和内部缺陷都相当敏感，可实现板、壳、管道、杆等结构的有效检测，近年来受到人们的广泛关注。水平剪切(Shear Horizontal，SH)波是超声导波类型之一。由于超声导波的传播特性(如频散、多模态和衰减等)直接关系其检测效果。基于导波在结构中的传播特性，选择合适的检测模态和频率范围相当重要。由于最低阶水平剪切模态SH₀在板结构中传播过程中的非频散特性，使得SH₀模态对板结构无损检测具有一定优势。

目前，常用的激励超声导波主要两种方式，一种方式是基于材料压电效应的压电传感器。压电传感器在激励接收超声波时，通过耦合剂与被测件接触，而且往往需要对试件表面进行预处理，因此检测效率较低；而且压电传感器频率带宽相对较窄，容易激励出多个导波模态，在缺陷信息提取上有一定难度。另一种方式是基于电磁耦合机理的电磁声传感器(Electromagnetic Acoustic Transducer，EMAT)，无需接触和使用耦合剂，可直接在导体或铁磁性材料中激励接收超声波，具有与被测试件非接触、无需耦合介质、对被测件表面要求不高、重复性好、适于高温、高速检测等优点。

电磁声传感器一般主要包括磁铁和线圈两部分。通过改变磁铁和线圈的结构形式，可设计出不同类型的电磁声传感器。1999年，H.Ogi等利用不等间距的蛇形线圈和永磁铁，设计了一种线聚焦SV波电磁声传感器。2004年，S.H.Cho，K.H.Sun等设计制作了一种方向可调的磁致伸缩传感器，用于非铁磁性金属和非金属的检测。2005年，P.D.Wilcox和M.J.S.Lowe等用永磁铁和盘状线圈设计了一种在非铁磁性波导中激励Lamb波电磁声传感器，此传感器在周向具有相同的指向性。1979年，R.B.Thompson等利用回折线圈在铁磁性材料中产生水平剪切模态SH₀。1990年，R.B.Thompson等采用周期永磁铁(Periodic Permanent Magnet,PPM)构成的EMAT在铝板中激励出水平剪切模态SH₀。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有磁致伸缩传感器换能效率低，激励的信号幅值小、模态单一性差的问题。

本实用新型的设计思想是，基于铁磁性材料镍带的磁致伸缩效应，将磁致伸缩变形耦合进入待检测的非铁磁性材料(如铝)板，在非铁磁性材料(如铝)板中有效激励出单一的SH0模态导波，实现非铁磁性材料(如铝)板中的缺陷检测。

本实用新型的目的是设计一种换能效率和信噪比高，激励的信号幅值更大、能量集中性更好、模态更加单一的水平剪切模态磁致伸缩传感器。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种水平剪切模态磁致伸缩传感器，包括，由非铁磁性材料制成的待测量板；包括双层线圈、两块磁铁和镍带；

所述镍带固定设置在待测量板上；

所述双层线圈设置在镍带上，且与镍带紧密接触；

所述两块磁铁固定设置在待测量板上，所述两块磁铁分别位于镍带的相对应两侧，且与镍带紧密接触；所述两块磁铁相对的两个面上的磁极相反；

其中，所述双层线圈包括集成在柔性电路板的上表面上的上层线圈和集成在柔性电路板的下表面上的下层线圈；所述上层线圈穿过柔性电路板与下层线圈相连；所述上层线圈和下层线圈相对应位置处的电流方向一致；所述上层线圈和下层线圈均采用阵列式回折布线方式，并且导线呈成簇型布置；所述每相邻两簇线圈之间的中心间距D等于设计的磁致伸缩传感器理论中心频率对应的半波长，即D＝λ/2。

进一步优选，所述镍带的尺寸与双层线圈的尺寸一致；所述镍带边缘的厚度小于镍带中心的厚度。本实用新型所述的镍带的尺寸与双层线圈的尺寸一致；镍带边缘的厚度小于镍带中心的厚度，其目的是：镍带的边缘打磨变薄，使镍带与铝板接触边界有一个过渡区域，可以减少导波在镍带内部来回反射的可能，减弱了磁致伸缩型传感器常见的拖尾现象。

进一步优选，所述磁铁为铷铁硼磁铁。

进一步优选，所述待测量板为铝板。

本实用新型中所述的阵列式回折布线方式，为现有技术中的线圈布线方式，其具体的方法本实用新型不作详细的说明。