[發明專利]水平剪切電磁超聲探頭

有效

• 申請號: 201210140304.9
• 申請日: 2012-05-08
• 公開（公告）號: CN102706966A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 武新軍;巴洪;沈功田;丁旭
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明屬于超聲無損檢測領域，更具體地，涉及一種用于鐵磁性試件無損探傷的水平剪切波電磁超聲探頭。?

背景技術

電磁超聲（Electromagnetic?acoustic，簡稱EMAT）作為一種無損檢測新技術具有一系列優點。相比較于傳統的壓電超聲，電磁超聲檢測過程中不需要耦合劑，是一種非接觸測量方式，因此在使用時對待測試件表面要求不高，還可用于一些高溫環境下的無損檢測。另外電磁超聲還可以靈活地產生各類波型，尤其是表面波和板波的激發過程不需要更換換能器，只需要改變激勵電信號的頻率使之滿足一定條件就可以實現波型模式的自由選擇。因此電磁超聲技術可用于列車車輪，石油天然氣管道以及壓力容器等的檢測。?

水平剪切波（簡稱SH波）作為超聲波的一種，當水平剪切波從平行于偏振方向的表面反射時，不會轉化為其他類型的波，且雜亂回波較少，其對負載也不敏感，信號較純凈，因此相比于其它模式的超聲波具有一定的不可替代性。采用非接觸的電磁超聲換能器可以實現水平剪切波的激勵和接。?

傳統的水平剪切波電磁超聲探頭采用水平磁場曲折線圈結構，激勵的水平剪切波波長由繞制線圈的回折間距決定。此結構的換能效率很低，得到的信號較弱，為了提高水平磁場曲折線圈探頭的耦合效率，Remo?Ribichini在其博士論文“Modelling?of?electromagnetic?acoustic?transducers”中提出在試件上粘接鎳帶，但是這樣就無法實現非接觸測量。為了彌補永磁鐵難以得到較強水平磁化的缺點，有研究者利用電磁鐵的趨膚效應進行電磁鐵磁?化，張志鋼等在2005年《工業儀表與自動化裝置》發表的“Lamb波與SH板波雙模式電磁超聲檢測系統的設計與實驗”就是采用電磁鐵和曲折線圈的探頭結構，通過交替開關對兩組電磁鐵進行工作控制，從而改變偏置磁場的方向來實現Lamb波與SH板波的切換。但電磁鐵磁化需要配合電源使用，結構較復雜。?

發明內容

針對上述缺陷，本發明的目的在于提供一種在鐵磁性試件中產生或接收水平剪切波的電磁超聲探頭，該探頭選用永磁鐵磁化，結構簡單，并且通過在主永久磁鐵閉合的磁路上施加輔助永久磁鐵，實現提高電磁超聲線圈下部試件的磁化強度，達到提高效率，增加電磁超聲信號強度和信噪比的技術效果。?

一種用于鐵磁性試件無損探傷的水平剪切波電磁超聲探頭，包括：?

殼體，該殼體內開有三個空腔；?

兩塊主永久磁鐵，該兩塊主永磁鐵分別放置于殼體內兩端的空腔內，磁極沿豎直方向且極性相反，用于對放置于平面線圈下方的試件進行水平磁化；?

銜鐵，該銜鐵用于連接兩塊主永磁鐵，并與兩主永磁鐵組成閉合磁路；?

平面線圈，該平面線圈放置于殼體中間的空腔內，處于兩塊主永磁鐵之間，采用回折線圈，且線圈內的電流方向與主永久磁鐵5提供的偏置磁場方向平行；線圈被通以高頻交流電后在試件表面產生交變磁場，此交變磁場與主永磁鐵提供的靜態偏置磁場共同作用，從而在試件中產生水平剪切波；?

輔助永久磁鐵，該輔助永磁鐵放置于平面線圈上方，用于提高試件的磁化強度；?

定位塊，該定位塊放置于銜鐵與輔助永久磁鐵之間，用于固定輔助永?久磁鐵；?

殼蓋，該殼蓋與殼體連接；?

插座，該插座安裝在殼蓋上，通過絕緣導線與回折平面線圈連接；?

作為進一步優選地，所述輔助永久磁鐵的磁極沿水平方向，且N極要靠近主永久磁鐵的N極，S極靠近主永久磁鐵的S極。?

作為進一步優選地，所述殼體和銜鐵包含用于絕緣導線走線的刻槽結構。?

作為進一步優選地，所述殼體、殼蓋和定位塊均由非導電材料制成。?

作為進一步優選地，探頭還包括耐磨層，該耐磨層采用耐磨損耐高溫材料制成并粘接于殼體下方，用于防止檢測過程中由于工件表面不平整而損壞探頭，起到保護探頭延長使用壽命的作用。?

本發明的技術效果體現在：?

按照本發明的水平剪切電磁超聲探頭，在常規的水平磁場曲折線圈的基礎上，通過對磁化結構的改進，增加了輔助永久磁鐵來提高電磁超聲線圈下部試件中的磁化強度，解決了鐵磁性材料中難以實現較強水平磁化的難題，從而增加電磁超聲信號的強度和信噪比。此結構的水平剪切電磁超聲探頭可用于各類鐵磁性試件的非接觸無損探傷。?

附圖說明

圖1為按照本發明的水平剪切電磁超聲探頭的剖視圖；?

圖2為按照本發明的水平剪切電磁超聲探頭用于鐵磁性試件檢測的系統示意圖；?