[发明专利]一种低噪声的收发一体电磁超声换能器及其工作方法

说明书

本发明公开一种低噪声的收发一体电磁超声换能器及其工作方法，换能器由待测试件，印制电路板，发射线圈，永磁铁和接收线圈组成，发射线圈与接收线圈设置在同一个印制电路板的不同层上且交替设置，永磁铁放置在发射线圈和接收线圈上面，发射线圈和接收线圈共用一块永磁铁来提供偏置磁场，发射线圈和接收线圈放置在待检测试件上，发射线圈与功率放大器连接，接收线圈与信号调理电路连接。本发明通过改变换能器线圈结构形式，增加线圈导线的长度，改变线圈相邻半波长的导线回折部分的形状，使得线圈侧面的回折部分所产生的电涡流不受永磁铁的静态偏置磁场影响，从而降低由于侧面线圈产生的超声杂波干扰，提高信噪比。

技术领域

本发明涉及电磁超声无损检测技术，具体为一种低噪声的收发一体电磁超声换能器及其工作方法。

背景技术

电磁超声换能器(Electromagnetic acoustic transducer，简称EMAT)是一种激发和接收超声波的装置。该装置无需声耦合剂，结构简单，可以方便地激发多种模式的超声波，可实现非接触测量，因此广受研究者关注。电磁超声换能器主要由3部分构成：发射、接收线圈，磁铁及待测试件。由于电磁超声换能器的换能效率比较低，激发出的超声信号极其微弱，导致接收到的信号的信噪比较低，容易受到干扰，导致测量时易产生误判，将干扰信号当作缺陷信号。回折线圈被广泛应用作为超声换能器的激发和接收线圈，在制作过程中，相邻半波长距离的线圈导线之间都是采用直角走线，而直角走线会使传输线的线宽发生变化,造成阻抗的不连续，直角走线的对信号有三个方面的影响：一是拐角可以等效为传输线上的容性负载,减缓上升时间；二是阻抗不连续会造成信号的反射；三是直角尖端产生的EMI，使得待测试件上产生的电涡流分布不均匀，从而导致超声激发时的强度分布不均，影响检测效果。另一方面，现有采用回折线圈作为激励线圈的电磁超声换能器，磁铁的长度和宽度均大于线圈的长度和宽度，由于磁铁的长度大于导线的长度，使得回折线圈相隔半波长距离的导线之间的连接导线也引起待测试件内产生超声波，当换能器既作为发射也作为接收时，接收到的信号中就会包含有这一部分超声信号，这一部分信号就成为了我们所不希望的噪声，在用于测量宽度较小的试件时，这种噪声的影响尤为明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单磁铁、收发一体、且接收和发射线圈分立的应用于窄板检测的电磁超声换能器，减少由于侧边线圈产生的超声信号噪声对测量结果影响。

本发明采用如下技术方案：一种低噪声的收发一体电磁超声换能器，由待测试件，印制电路板，发射线圈，永磁铁和接收线圈组成，所述发射线圈与接收线圈设置在同一个印制电路板的不同层上且交替设置在不同的层，永磁铁放置在发射线圈和接收线圈上面，所述发射线圈和接收线圈共用一块永磁铁来提供偏置磁场，发射线圈和接收线圈放置在待测试件上，发射线圈与外部功率放大器连接，用于在待测试件内部产生超声波，接收线圈与外部信号调理电路连接，用来检测待测试件中的超声振动。

进一步地，所述发射线圈与接收线圈的长度L2大于永磁铁的长度L1。

进一步地，所述发射线圈与接收线圈的长度L2是永磁铁的长度L1的1.2倍以上。

进一步地，所述发射线圈中导线之间的间隔距离为所要激发的超声波的半波长。

进一步地，所述发射线圈中导线的各个横截面的面积一样。

进一步地，所述接收线圈中导线的各个横截面的面积一样。

进一步地，所述发射线圈和接收线圈在相邻半波长导线之间回折部分为圆弧形。

本发明还采用如下技术方案：一种低噪声的收发一体电磁超声换能器的工作，包括如下步骤：

步骤一：由与功率放大器连接相连接的信号发生器产生猝发激励信号，激励信号经功率放大后施加到发射线圈上，发射线圈在待测试件上感应出电涡流，电涡流在永磁铁产生的静态偏置磁场作用下在待测试件中产生洛伦兹力，动态洛伦兹力作用于待测试件中产生超声波；