[發明專利]用于小直徑金屬桿的扭轉模態磁致伸縮傳感器

有效

• 申請號: 201310110266.7
• 申請日: 2013-04-01
• 公開（公告）號: CN103217359A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 吳斌;高博;劉秀成;何存富
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N11/00
• 分類號: G01N11/00;G01N29/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域：

用于小直徑金屬桿的扭轉模態磁致伸縮傳感器，屬于電磁聲學傳感器技術領域。

背景技術：

目前的扭轉模態超聲導波磁致伸縮傳感器大多應用于管道、鋼索等一些大尺寸結構上，主要進行長度及缺陷檢測，但都難以在直徑小于10mm的金屬桿中激勵扭轉模態超聲導波。小直徑金屬桿的材料也不盡相同，例如鐵、銅、鋁、鎳及各類合金材料等等。因此，需要發展一種結構簡潔、拆裝便捷的磁致伸縮傳感器，用于在小直徑金屬桿中激勵扭轉模態超聲導波。

發明內容：

本發明目的是實現小直徑金屬桿中扭轉模態超聲導波的激勵，并基于扭轉模態超聲導波在液體中的衰減特性實現液體粘滯系數的測量。同時，該傳感器可方便安裝在小直徑金屬桿上并從其上拆除。

為實現上述目的，本發明采取如下技術方案：

將長度為L寬度為d的鐵鈷合金貼片按照M=L/d，M的取值范圍為2～10的比例關系自身卷曲后通過環氧樹脂膠粘貼于小直徑金屬桿表面，鐵鈷合金貼片的數量N的取值范圍為1～50，N個鐵鈷合金貼片無間隙的排布于金屬桿軸向；將感應線圈繞制在支撐套筒上；貼有鐵鈷合金貼片的小直徑金屬桿內插置入支撐套筒并與支撐套筒間保持間隙配合關系。BNC接口固定安裝于保護外殼上并與感應線圈輸入輸出端口相連，以此來激勵接收信號。

本發明采用以上技術方案，使得該傳感器可實現在小直徑金屬桿中的扭轉模態超聲導波激勵，并且結構簡潔，易于拆裝，可用于不同液體的粘滯系數測量。

附圖說明：

圖1本發明的內部結構剖面圖；

圖2本發明的鐵鈷合金貼片在小直徑金屬桿上的排布示意圖；

圖3本發明的整體結構示意圖；

圖4小直徑金屬桿中的檢測信號波形；

圖中：1、小直徑金屬桿，2、鐵鈷合金貼片，3、支撐套筒，4、感應線圈，5、保護外殼，6、BNC接口。

具體實施方式：

如圖1所示,用于小直徑金屬桿的扭轉模態磁致伸縮傳感器內部結構由鐵鈷合金貼片2、支撐套筒3和感應線圈4三部分組成。經過偏置磁場磁化的鐵鈷合金貼片2與小直徑金屬桿1表面間填充環氧樹脂膠以進行粘貼。感應線圈4繞制在支撐套筒3上；小直徑金屬桿1內插置于支撐套筒3內，并與支撐套筒3保持間隙配合關系。

圖2所示為鐵鈷合金貼片2在直徑為D的小直徑金屬桿1上的排布示意圖，鐵鈷合金貼片2在粘貼于小直徑金屬桿1的表面前，需進行預彎曲處理，以形成柔性環狀結構。單段鐵鈷合金貼片2的長度L等于小直徑金屬桿1的周長L=π×D；鐵鈷合金貼片2的長度L與寬度d的比值為M=L/d，M的取值范圍為2～10；一般采用N個鐵鈷合金貼片2無間隙排布于小直徑金屬桿1軸向，數量N的取值范圍為1～50。

圖3所示為本發明的整體結構安裝示意圖，傳感器的外部結構包括保護外殼5和BNC接口6兩部分，其中保護外殼5用于保護傳感器內部結構，BNC接口6用于與感應線圈輸入輸出端口連接，實現信號傳輸。

結合本發明內容提供一個實例。

圖4為利用本發明在長600mm、直徑4mm的小直徑鋼桿中接收的T(0,1)模態超聲導波信號波形。傳感器激勵頻率為128kHz，依據第一次端面回波T1與第二次端面回波T2的傳播距離差△l和傳播時間差△t計算的T(0,1)模態傳播速度約為3255m/s，與理論計算的T(0,1)模態群速度值Vg=3260m/s接近，證明本發明可在小直徑鋼桿中激勵扭轉模態超聲導波。