[發明專利]一種電磁超聲測厚儀及其測量方法

有效

• 申請號: 200910073194.7
• 申請日: 2009-11-12
• 公開（公告）號: CN101701809A
• 公開（公告）日: 2010-05-05
• 發明（設計）人: 王淑娟;段偉亮;張曉輝;宮佳鵬;信鵬皓;康磊;翟國富
• 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

本發明涉及超聲波測厚技術，具體說就是一種電磁超聲測厚儀及其測量方法。

(二)背景技術

金屬板材在生產過程中不可避免地存在厚度不均和凹坑等缺陷，在使用過程中由于應力、腐蝕等因素也會產生各種缺陷。板材厚度檢測是發現厚度不均、腐蝕、凹坑等缺陷的有效方法。目前，管道運輸在國民經濟中占有重要地位，但是隨著管線增多、管齡增長，因腐蝕、磨損、意外損傷等原因造成的管線泄漏事故時有發生，嚴重威脅生命財產安全和生態環境。管道厚度檢測對石油行業、化工行業、壓力容器行業和油氣高壓遠距離輸送工程等更具有重要的作用。在眾多無損檢測技術中，超聲檢測以其低廉的成本、廣泛的檢測范圍、相對較高的檢測精度等優勢獲得了普遍應用。

目前，國內外主要采用傳統的壓電超聲技術完成厚度測量。應用該技術檢測時，為了保證超聲能量順利地由換能器傳遞到待測試件中，通常需要對其表面進行清潔、打磨等預處理并涂抹耦合劑(如油、水等)，嚴重影響了超聲測厚的效率和應用范圍。

電磁超聲技術興起于二十世紀六七十年代，目前已經逐步在國外得到了廣泛應用。近年來，國內的一些專利中也開始采用電磁超聲技術對厚度進行測量。如中國專利CN2128729Y《便攜式測厚儀》采用了電磁超聲原理測厚，該裝置主要由脈沖發生器、探頭、行程定位及探頭保護裝置、放大整形電路、采樣電路、單片機系統等組成。中國專利CN101398298A《電磁超聲測厚方法》基于磁滯伸縮效應機理，采用U型永磁體和“回形”PCB雙層線圈設計了檢測鐵磁材料厚度的裝置。這兩項專利中，都采用了永磁鐵提供磁場，不便于對鐵磁性材料的厚度進行測量。中國專利CN2168234Y《電磁超聲測厚儀》所涉及的測厚裝置主要由脈沖發生器、電磁鐵電磁超聲換能器、接收放大電路、采樣電路、計算機系統、顯示器、報警輸出電路、打印機和鍵盤控制電路等組成。該專利中的電磁鐵電磁超聲換能器使用了U形軟鐵，換能器尺寸較大，使用不便。

(三)發明內容

本發明的目的在于提供一種無需聲耦合劑、無需對試件表面進行預處理、可在各種惡劣環境下對試件厚度進行測量的電磁超聲測厚儀及其測量方法。

本發明的目的是這樣實現的：所述的電磁超聲測厚儀，它是由微控制器1、發射電路2、電磁超聲探頭3、接收開關4、調理電路5、回波處理系統6、顯示系統7和鍵盤8組成的。微控制器1連接發射電路2，發射電路2連接電磁超聲探頭3，電磁超聲探頭3連接接收開關4，接收開關4連接微控制器1，接收開關4連接調理電路5，調理電路5連接回波處理系統6，顯示系統7連接微控制器1，鍵盤8連接微控制器1。

本發明還有以下技術特征：

(1)所述的電磁超聲探頭3為收發分離式探頭，它包括外殼9、屏蔽層10、脈沖電磁鐵11、雙層PCB線圈12和保護層13；外殼9連接屏蔽層10，屏蔽層10連接脈沖電磁鐵11，脈沖電磁鐵11連接雙層PCB線圈12，雙層PCB線圈12連接保護層13。

(2)所述的脈沖電磁鐵11不包含鐵芯，在超聲波的發射接收過程中可提供200μs的強磁場。

(3)所述的雙層PCB線圈12采用板厚為0.5mm的PCB在雙面進行制作，其中靠近脈沖電磁鐵11的一面是發射線圈14，靠近保護層13的為接收線圈15。其中發射線圈14為線寬為1.5mm、直徑為15mm的螺旋線圈，接收線圈15為線寬為0.5mm、直徑為15mm的螺旋線圈。

(4)所述的回波處理系統6包括數據采集電路16、存儲電路17、FIR帶通濾波器18、相關檢測器19、FIR低通濾波器20、回波位置提取電路21、往返時間生成器22；數據采集電路16連接存儲電路17，存儲電路17連接FIR帶通濾波器18，FIR帶通濾波器18連接相關檢測器19，相關檢測器19連接FIR低通濾波器20，FIR低通濾波器20連接回波位置提取電路21，回波位置提取電路21連接往返時間生成器22。

本發明一種電磁超聲測厚方法，工作步驟如下：

步驟一：系統通電初始化；

步驟二：收發分離式電磁超聲探頭內部的脈沖電磁鐵產生持續時間為200μs的強磁場；接收開關關閉；

步驟三：發射電路產生的大功率超聲波驅動信號加在發射線圈上，在待測試件中激發垂直入射體波，發射重復周期為10ms；

步驟四：打開接收開關；超聲波在待測試件中傳播，遇到底面會發生反射、散射等，接收線圈接收反射回波信號；

步驟五：回波處理系統采集到回波信號，對其進行處理并提取超聲波在試件中往返一次的時間Δt；