[发明专利]一种基于魏德曼效应激励SH波的梳状磁致伸缩换能器

说明书

本发明公开了一种基于魏德曼效应激励SH波的梳状磁致伸缩换能器，包括柱状永磁铁、多个梳状磁致伸缩贴片、环形铁芯、均匀缠绕在所述环形铁芯上的可通电的导线，所述梳状磁致伸缩贴片为磁各相异性磁致伸缩材料制成，所述梳状磁致伸缩贴片设置在缠绕有所述导线的所述环形铁芯的下方，所述柱状永磁铁与缠绕有所述导线的所述环形铁芯的上方贴合。本发明采用SH波进行检测，在信号分析方面有很强的实用性。使用磁各向异性可使某一方向激励出的SH波能量最强，可敏感识别该方向范围内的缺陷，敏感程度更高，将磁致伸缩贴片做成阵列式梳状结构，可增加易磁化轴数量，实现易磁化轴的全向性。

技术领域

本发明涉及一种换能器，具体地说是一种基于魏德曼效应激励SH波的梳状磁致伸缩换能器。

背景技术

目前，磁致伸缩贴片是超声导波换能器的核心部件，其作用不仅作为磁能——机械能的载体，同样也可以是机械能——磁能的载体，既可以作为无损检测的激励端，也可以作为接收端。

超声导波换能器是基于磁致伸缩材料焦耳效应、维拉里效应以及魏德曼效应、马陶西效应作用的传感器。当外界磁场变化时，铁磁材料内部的小磁畴会产生位移，导致铁磁材料晶体发生形变，这是铁磁材料产生磁致伸缩变化的根本原因。当外界磁场变化时，铁磁材料的磁致伸缩效应激励出对应模态的超声导波，导波在被测板材中传播，如遇材料边界或缺陷时导波会发生反射，当导波传至换能器接收端时，接受端铁磁材料的逆磁致伸缩效应将机械能转化为磁能，检测线圈通过感应变化的磁场产生感应电动势，通过电势信号可得出被测板材结构内部健康状况。

现如今应用于板材结构健康检测的多为Lamb波，Lamb波具有易于激励，对损伤和缺陷的敏感性高，传播距离远的诸多特性，是目前无损检测主要使用的手段之一。随着研究发现，水平剪切波(SH波)在无损检测时有其独特的优势。由于超声导波具有模态转换的特性，因此在接收信号时需进行特殊处理。而低频水平剪切波(SH0模态)可以实现无频散无模态转换，且波速不随被测元件的厚度改变，具有较强的通用性。

现阶段的磁致伸缩换能器大部分是利用铁磁材料磁致伸缩效应的全向性，灵敏度低，接收信号不易处理，部分改进为利用材料磁致伸缩敏感方向识别缺陷，但在检测使仍需要调整方向以达到检测的全向型，使得检测效率低下。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于魏德曼效应激励SH波的梳状磁致伸缩换能器。本发明采用的技术手段如下：

一种基于魏德曼效应激励SH波的梳状磁致伸缩换能器，包括柱状永磁铁、多个梳状磁致伸缩贴片、环形铁芯、均匀缠绕在所述环形铁芯上的可通电的导线；

所述梳状磁致伸缩贴片为磁各相异性磁致伸缩材料制成；所述梳状磁致伸缩贴片为阵列式梳状结构；

多个所述梳状磁致伸缩贴片围绕所述柱状永磁铁的轴线均匀分布，所述梳状磁致伸缩贴片的延伸方向与所述柱状永磁铁的轴线垂直，且所述梳状磁致伸缩贴片设置在缠绕有所述导线的所述环形铁芯的下方；所述梳状磁致伸缩贴片与待检测板材通过耦合液耦合；

所述柱状永磁铁与缠绕有所述导线的所述环形铁芯的上方贴合；

所述柱状永磁铁为所述梳状磁致伸缩贴片提供偏置磁场，所述偏置磁场的水平分量沿所述梳状磁致伸缩贴片的延伸方向均匀分布，使所述磁致伸缩贴片沿所述梳状磁致伸缩贴片的延伸方向伸缩；

所述偏置磁场的竖直分量为所述梳状磁致伸缩贴片提供轴向磁场；

当缠绕在所述环形铁芯上的所述导线通电时为所述梳状磁致伸缩贴片提供周向磁场。

所述梳状磁致伸缩贴片的延伸方向的尺寸等于需要激励的SH模态导波半波长的三倍。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：