[發明專利]一種用于電磁超聲換能器的脈沖電磁鐵

無效

• 申請號: 200910073192.8
• 申請日: 2009-11-12
• 公開（公告）號: CN101706266A
• 公開（公告）日: 2010-05-12
• 發明（設計）人: 翟國富;汪開燦;張曉輝;劉寶泉;蔣韜;邱玉;王淑娟
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 崔東輝

(一)技術領域

本發明涉及電磁超聲檢測技術，具體說就是一種用于電磁超聲換能器的脈沖電磁鐵。

(二)背景技術

電磁超聲換能器(Electromagnetic?acoustic?transducer，簡稱EMAT)是一種新型超聲發射接收裝置。與傳統的壓電超聲換能器相比，具有無需聲耦合劑、無需對試件表面進行預處理等優點，有著廣闊的應用前景。

EMAT通常由3部分構成：發射、接收線圈，強磁場及試件組成。強磁場是EMAT正常工作的必要條件。強磁場的產生有多種方式，如永磁鐵、直流電磁鐵和工頻交流電磁鐵等。這些磁場產生方式雖可有效提供EMAT工作所需的強磁場，但是它們使得探頭體積增大，笨重而不便攜帶，同時還存在許多不足之處：永磁鐵磁場較強且恒定不變，在實際應用中常常致使探頭難以移動、磨損嚴重，同時，恒定磁場容易使探頭吸附大量鐵屑，難以清理；當溫度上升到鐵磁材料的居里點后，鐵磁材料變為順磁質，永磁鐵和電磁鐵鐵芯的磁性消失，使換能器工作所需的靜磁場明顯減弱，換能效率顯著降低；直流和工頻交流電磁鐵雖然可以在不使用時關斷電源，但是這類電磁鐵在設計時一般不考慮動態參數，磁場建立和結束時間很長，在換能器重復工作頻率較高時，電磁鐵無法有效通斷，一般需要電磁鐵在換能器重復工作時一直保持通電狀態。另外，這類電磁鐵在使用過程中電能利用率較低，能量損耗較大，檢測裝置工作溫度較高，長時間工作時不得不考慮散熱問題。

脈沖電磁鐵由脈沖電流激勵，工作時瞬間建立較強的磁場，而工作結束后磁場迅速消失。采用脈沖電磁鐵代替永磁鐵、直流電磁鐵或工頻交流電磁鐵可以使EMAT體積、重量和功耗顯著降低，且便于移動、工作溫度范圍較大，適合在線、在役、高溫、手持設備等場合的應用。

在上世紀中期，Kapitza等人首先使用脈沖技術產生高強磁場，以滿足等離子物理、固態物理和高能物理等方面對磁感應強度的需要。此后，在各個高校及科研院所的實驗室當中，脈沖電磁鐵作為一種重要的科研工具被設計、研制、使用。這種脈沖電磁鐵的磁感應強度一般從幾十特斯拉至一百特斯拉不等，采用功率可達幾十兆瓦的電源供電。其體積一般都比較大，并且為了降溫需要，都配備有專用的冷卻設施。

脈沖電磁鐵應用在電磁超聲領域，尚未見相關報道。脈沖電磁鐵在EMAT工作開始前能夠在極短的時間內建立磁場，在換能器工作結束后磁場能夠很快消失。由于超聲在金屬試件中傳播速度很快，實際EMAT工作時間很短(一般小于1ms)，從而使用脈沖電磁鐵與普通直流或者交流電磁鐵相比功耗能夠大大降低。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種能夠改善EMAT性能、減小EMAT探頭體積和功耗的用于電磁超聲換能器的脈沖電磁鐵。

本發明的目的是這樣實現的：它是由脈沖電磁鐵和脈沖電磁鐵驅動電路組成的，脈沖電磁鐵驅動電路連接脈沖電磁鐵。

本發明還有以下技術特征：

(1)所述的脈沖電磁鐵包括骨架和線圈，線圈繞制在骨架上。

(2)所述的脈沖電磁鐵驅動電路包括功率脈沖成型電路、功率驅動電路、控制主機和升壓電路，控制主機連接功率驅動電路、功率驅動電路連接功率脈沖成型電路、控制主機連接升壓電路、升壓電路連接功率脈沖成型電路。

本發明一種用于電磁超聲換能器的脈沖電磁鐵，代替原始的永磁鐵、直流或交流電磁鐵，可以達到以下效果：能夠在EMAT工作開始前瞬間建立起強磁場，滿足檢測的要求，在工作結束后磁場能夠迅速消失，不會造成能量浪費，功耗小，在便攜式設備中能夠得到良好應用；脈沖電磁鐵僅在EMAT工作時提供磁場，由于EMAT工作時間很短，在檢測鐵磁性試件的過程中，不會由于磁場太強導致移動不方便；脈沖電磁鐵僅由骨架和線圈組成，沒有使用鐵磁性元件，可以在高溫狀態下工作，能夠適應很高溫度的檢測；脈沖電磁鐵不使用鐵磁性元件，可以方便改變體積、磁場，設計靈活性高，體積、重量大大減小。

(四)附圖說明

圖1為本發明的總體結構框圖；

圖2為本發明的用于脈沖電磁鐵的電磁超聲換能器的總體結構框圖；

圖3為本發明的應用脈沖電磁鐵的電磁超聲測厚裝置示意圖；

圖4為本發明的電磁超聲測厚裝置脈沖電磁鐵產生的磁場示意圖。

(五)具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

實施例1，結合圖1，本發明一種用于電磁超聲換能器的脈沖電磁鐵，它是由脈沖電磁鐵(1)和脈沖電磁鐵驅動電路(4)組成的，脈沖電磁鐵驅動電路(4)連接脈沖電磁鐵(1)。

本發明還有以下技術特征：