[發明專利]一種用于導波層析成像的電磁超聲蘭姆波換能器

有效

• 申請號: 201410347751.0
• 申請日: 2014-07-21
• 公開（公告）號: CN104090034A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 康磊;張超;金昱;蔣韜;李永虔;鄧超然;柳新;王淑娟
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 楊曉輝

技術領域

本發明屬于金屬板材的導波層析成像技術領域，具體涉及一種單一模式180度指向角的電磁超聲蘭姆波換能器。

背景技術

在材料、機械和化工等領域中，鋁板在生產、加工、運輸和使用中容易產生裂紋、腐蝕等缺陷。而現代工業對產品質量要求非常嚴格，小缺陷都可能對環境與經濟造成嚴重威脅。因此許多國家都把無損檢測作為控制產品質量的關鍵性技術環節加入自己的生產體系中。隨著檢測技術的提升，現代工業對無損檢測的要求已不再是簡單的確定缺陷有無，還要確定缺陷尺寸、深度等信息，這就需要用到新技術與之結合來完成檢測。電磁超聲蘭姆波層析成像技術正是將電磁超聲蘭姆波與層析成像技術相結合發展出來的一種新型無損檢測技術。該技術可以提供大量直觀信息，可以形象地描述缺陷輪廓，從而可以進一步對工件質量、性能進行評價。

目前用于在無損檢測領域的換能器多為壓電超聲換能器。使用該換能器時，必須要在被測試件表面涂抹純凈均勻的耦合劑(如油、水和軟膏等)。由于耦合劑的引入，使得壓電超聲技術的應用受到了一些限制，例如不適用于高溫、高速、表面粗糙試件的檢測；再如檢測盲區較大，檢測效率較低等。電磁超聲換能器不僅無需耦合劑，檢測效率高，檢測信號強，而且可以靈活地選擇所激發的蘭姆波模式及其最優工作點，進而顯著提升超聲波的缺陷靈敏度。因此，電磁超聲換能器在大面積、長距離或深埋地下的板材、鋼軌、管道等工業試件快速檢測中具有獨特優勢。

蘭姆波檢測采用“線掃描”方式對試件進行檢測，與體波檢測的“點掃描”方式相比效率更高。同時，蘭姆波在試件中傳播時衰減小，傳播距離長。采用雙探頭進行一發一收檢測時，接收到的蘭姆波信號攜帶了兩探頭之間試件的整體信息，利用聯合迭代重建算法對蘭姆波信號的走時信息進行成像，即可獲得缺陷的位置、尺寸等信息。

導波層析成像對測試件的掃描方式有多種，包括雙跨孔掃描方式、平行掃描方式、扇束掃描方式、圓形陣列掃描方式等，其中在雙跨孔掃描方式、扇束掃描方式、圓形陣列掃描方式下，都對換能器有較大指向角的要求。以雙跨孔掃描方式為例，在層析成像技術中對測試件的掃描方式如圖1所示，圖1中的黑點表示換能器的位置，將板材結構的四周按圖1所示布置發射、接收換能器。板的上端和左側等間距布置發射換能器，下端和右側等間距布置接收換能器。上端的發射換能器依次發射，并由下端換能器各點同時接收；左端的發射換能器依次發射，由右端換能器各點同時接收。常規的曲折線圈有較強的指向性，發射接收都需要調整好方向使線圈的中軸線在一條直線上，否則接收信號強度將會減弱，甚至有可能人為的引入誤差，不利于檢測。為了滿足導波層析成像技術的掃描要求，需要聲場覆蓋區域大的換能器，能夠在較大指向角上發射、接收超聲導波信號。

目前使用于導波層析成像的換能器多為基于電磁超聲技術的螺旋線圈換能器，該換能器雖然能夠達到全指向角發射接收信號的要求，但激發的波形常為多種模式導波的混合波形，要用于導波層析成像還需進行信號處理分離出單一模式的導波，處理方法較為復雜，且在處理過程中容易產生新的誤差。本發明是間距一定的半圓形曲折線圈，在選擇合適工作點的情況下能夠激發模式單一的導波，并且可以滿足大指向角的要求，適用于導波層析成像。

發明專利“一種全向SH導波電磁超聲換能器”(申請號：201210125086.1)提及的適用于包括導電和非導電材料在內的各種均勻、各向同性彈性板結構的缺陷檢測和健康監測的全向SH導波電磁超聲換能器。其局限在于導波層析成像過程中，當換能器指向角為360度時占用面積較大，最終制成的換能器體積大，不易攜帶與使用。該發明激發SH導波時需要預磁化圓環狀鐵鎳合金帶，然后將粘貼了回折線圈的鐵鎳合金帶采用膠帶固定在待檢測平板結構之上，結構較為復雜，操作較為麻煩。而本專利為180度指向角的換能器，能夠完全滿足層析成像掃描要求且體積較小，而且激發蘭姆波只需將磁鐵置于線圈上方，激發簡便，工藝簡單。

發明專利“電磁聲探傷儀”(申請號：99250252.7)提及到的聚焦回折式線圈，發射線圈與接收線圈呈弧線形，弧線中心為聲聚焦點，由于聲干涉作用聲聚焦點變成柱狀形式，在焦柱長度內的缺陷的反射波幅值較高。此專利雖然為弧線形設計，但其功能為聚焦聲波增加分辨率，并沒有起到大指向角發射接收導波的作用，不適用于導波的層析成像。