[发明专利]一种用于管道导波混频检测的电磁超声激励装置

说明书

本发明为一种用于管道导波混频检测的电磁超声激励装置，该装置包括由柔性制版技术制作的双层柔性印刷电路板和片状橡胶钕铁硼磁体，双层柔性印刷电路板的底层和顶层所印制的回折型多簇线圈的相邻簇线间距不同，顶层和底层线圈中心在同一位置；双层柔性印刷电路板粘贴在片状橡胶钕铁硼磁体的一面上，检测时双层柔性印刷电路板位于磁体与被测试件外表面之间。该装置安装拆卸便捷，结构简单紧凑，体积较小，具有柔性，能适应弯曲表面及狭窄环境，可以对管道微裂纹进行有效检出与定位。

技术领域

本发明属于电磁超声检测领域，具体是一种用于管道导波混频检测的电磁超声激励装置。

背景技术

超声导波检测技术作为无损检测领域的重要分支，近年来被广泛应用于管道无损检测领域。对管道微裂纹进行检出与定位可以有效避免因损伤扩展造成的安全隐患。但传统的超声无损检测技术是利用超声波传播过程中遇到缺陷时声波的反射、散射等线性特征进行缺陷检测,难以对尺寸小于检测声波波长二分之一的缺陷及与周围介质的声阻抗差别小的缺陷进行有效检测。为了对管道微裂纹进行有效检测，可采用非线性超声检测技术。非线性超声检测技术能够从本质上反映材料微小缺陷对超声波传播过程的影响，可检测出传统超声检测不可检的微小缺陷。

由于在发射/接收系统(如放大器，换能器和耦合介质)中不可避免地会出现非线性失真，因此在实践中，非线性高次谐波法会由于测试系统引起的非线性出现虚警等问题。为克服这些局限性，可采用非线性超声混频检测技术，混频检测技术基于以下事实：当两列波在含有闭合裂纹等非线性源的非线性区域内相遇时，将发生相互作用，在频域内会观察到新的频率成分。由此可实现对材料损伤的检出，并且可以通过控制波混位置，对新的频率成分进行相应分析，实现对材料损伤情况的定位。

在管道上进行非线性超声混频检测，可以使用电磁超声换能器(EMAT)，EMAT是非接触式换能器，不需要通过耦合剂接触被测材料，抑制了额外的非线性，对被测管道试件表面上常见的包裹层及油、污垢、水、氧化物及油漆不敏感，因而适合用于管道超声检测。超声混频检测需要两个激励换能器，现有检测方法通常使用使用间隔一定距离的两个多簇线圈分别激励不同频率的两列超声波，这种结构使得整体换能装置轴向长度较长，体积较大，不同位置磁通密度差别较大。目前EMAT通常采用螺线管电磁铁或刚性永磁体提供偏置磁场，螺线管电磁铁需要额外电源且在管道结构上安装复杂，永磁体需要使用铁轭和铰链等固定装置在管道表面进行固定。由于体积大，安装较复杂，电磁铁及刚性永磁体在管道电磁超声换能器上的应用均有局限。因此，将电磁超声混频检测技术应用于管道上时，需要对激励装置进行设计。针对这一需求，本发明提出了一种适合用于曲面类管道试件的电磁超声混频激励装置。

发明内容

本发明的目的为设计一种安装拆卸便捷，结构简单紧凑，体积较小，具有柔性，能适应弯曲表面及狭窄环境，可以对管道微裂纹进行有效检出与定位的电磁超声管道导波混频激励装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种用于管道导波混频检测的电磁超声激励装置，包括由柔性制版技术制作的双层电路板、片状橡胶钕铁硼磁体，双层柔性印刷电路板的底层和顶层所印制的回折型多簇线圈的相邻簇线间距不同，顶层和底层线圈中心在同一位置；双层柔性印刷电路板粘贴在片状橡胶钕铁硼磁体的一面上，检测时双层柔性印刷电路板位于磁体与待检测试件外表面之间。

所述片状橡胶钕铁硼磁体是以橡胶作为粘结剂，钕铁硼粉末为填料并进行厚度方向充磁的柔性片状永磁材料，上表面极性单一，下表面极性单一。与柔性印刷电路板粘接为一体并包覆于管道时可提供沿管道径向的磁感应强度。磁体的沿轴向的宽度大于双层柔性印刷电路板的宽度，使电路板上的线圈完全置于磁场中，优选顶层与底层线圈的上下设置可以适应单一方向充磁磁体宽度不能大于50mm的磁体尺寸。

双层柔性印刷电路板的每层线圈相邻簇间所通电流方向相反，顶层线圈与底层线圈分别通入不同频率的激励电流信号，每层线圈的相邻簇间距均为对应激励频率下所需模态导波波长λ的一半。