[發明專利]一種單向線聚焦電磁超聲斜入射體波換能器及采用該換能器檢測金屬內部缺陷的方法

無效

• 申請號: 201310181998.5
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN103257184A
• 公開（公告）日: 2013-08-21
• 發明（設計）人: 王淑娟;蘇日亮;康磊;汪開燦;邱玉;王亞坤;喬鑫磊;翟國富
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24;G01N29/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張宏威

技術領域

本發明涉及電磁超聲無損檢測領域，具體說就是一種電磁超聲斜入射體波換能器。

背景技術

電磁超聲換能器由于具有非接觸的特性而廣泛應用于高速高溫等無損檢測領域。電磁超聲換能器可以激發多種類型的超聲波，包括表面波，體波，水平切邊導波，蘭姆波等。與壓電超聲換能器不同，電磁超聲換能器激發產生的超聲波信號只有微伏級，遠低于壓電超聲的信號強度，而且激發的聲波沿雙向發射，不利于缺陷位置的檢測。其中，電磁超聲斜入射體波換能器一般采用曲折線圈結構，通過控制線圈的間距和激發頻率來實現不同角度的聲波發射與接收。

授權號為ZL200810137485.3，發明名稱為《斜入射體波技術鋼板自動檢測方法及其裝置》中提到了一種電磁超聲斜入射體波換能器，能夠對75mm以下厚度鋼板進行檢測。也有學者提出了線聚焦的斜入射體波換能器，但是實驗發現聚焦側的效果比較好，但是非聚焦側也有很強的聲波分量，會對缺陷的準確檢測造成影響。

申請號為200510091091.5，發明名稱為《改進的主脈沖信號過載矯正電磁聲換能器》中提出了一種新的電磁超聲換能器，使用不同的電磁超聲換能器線圈發射和接收超聲波，縮短了主脈沖信號的持續時間，減小了兩個線圈之間的耦合但是金屬內部缺陷的檢測準確性低。

但是上述專利沒有解決超聲波雙向發射的問題。

發明內容

本發明為了解決現有線聚焦電磁超聲斜入射體波換能器無法實現超聲波單向發射，以及金屬內部缺陷的檢測準確性低問題，提出一種單向線聚焦電磁超聲斜入射體波換能器及采用該換能器檢測金屬內部缺陷的方法。

本發明所述一種單向線聚焦電磁超聲斜入射體波換能器，它包括永磁體、一號線圈和二號線圈；

一號線圈與二號線圈水平疊加設置，且一號線圈與二號線圈均置于永磁體正下方；

其特征是：永磁體的充磁方向為垂直充磁；

一號線圈的首端到聚焦點的距離與二號線圈的首端到聚焦線上同一點距離的差為通入該兩個線圈的正弦信號波長的1/4，所述聚焦線為換能器在金屬內部產生的超聲波同相疊加的能量匯聚形成的線

一號線圈與二號線圈長度相同，每個線圈中相鄰導線部分到聚焦線上同一點的距離的差為發射電路所發射的正弦信號的波長的1/2；

單向發射電磁超聲表面波換能器還包括檢測電路和上位機；

檢測電路包括發射電路、控制電路、數據采集電路和接收電路；

檢測電路的一個正弦信號輸出與表面波信號接收端連接一號線圈的一端，一號線圈的另一端接地，檢測電路的另一個正弦信號輸出與表面波信號接收端連接二號線圈的一端，二號線圈的另一端接地，檢測電路的檢測信號輸出端連接上位機的檢測信號輸入端；

發射電路的控制信號輸入端連接控制電路的發射控制信號輸出端，控制電路的采集控制信號輸出端連接數據采集電路的采集控制信號輸入端，接收電路的接收信號輸出端連接數據采集電路的接收信號輸入端，數據采集電路的采集信號輸出端連接上位機的采集信號輸入端；

所述發射電路的一個正弦信號輸出與表面波信號接收端連接一號線圈的一端，發射電路的另一個正弦信號輸出與表面波信號接收端連接二號線圈一端；

采用上述一種單向線聚焦電磁超聲斜入射體波換能器檢測金屬內部缺陷的方法，該方法的步驟為：

步驟一、將待測金屬件置于一號線圈和二號線圈的正下方；

步驟二、控制電路控制發射電路向一號線圈和二號線圈分別通入正弦脈沖信號，使永磁體產生垂直方向的磁場；所述向一號線圈和二號線圈通入的正弦脈沖信號的幅度相同，相位相差90度；

步驟三、在永磁體產生垂直方向的磁場的作用下，待測金屬件內感生出渦流波，渦流波在外部靜磁場的作用下產生力的作用，引起金屬內部質點產生振動并形成超聲波，所有質點產生的超聲波疊加形成單向線聚焦的超聲波；

步驟四、當步驟三中產生的聚焦超聲波在金屬內部遇到缺陷時被反射回來，采用一號線圈和二號線圈(接收該聚焦的超聲波，并輸入至接收電路；

步驟五、采用數據采集電路對接收電路接收到的聚焦超聲波采集，并發送給上位機；

步驟六、上位機根據設定的聚焦點的位置獲得金屬件內部缺陷位置，完成金屬件內部缺陷的檢測。