[發(fā)明專利]基于磁致伸縮效應(yīng)的導(dǎo)波傳感器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410349737.4
• 申請日: 2014-07-22
• 公開（公告）號: CN104122327A
• 公開（公告）日: 2014-10-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 武新軍;丁秀莉;孫鵬飛
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01N29/04
• 分類號: G01N29/04;G01N29/34;G01N29/24
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于超聲無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于磁致伸縮效應(yīng)的導(dǎo)波傳感器。

背景技術(shù)

相對于傳統(tǒng)的超聲波檢測技術(shù)，超聲導(dǎo)波具有傳播距離遠(yuǎn)，檢測速度快的特點，該技術(shù)在大型構(gòu)件，如在役管道和復(fù)合材料的無損檢測中應(yīng)用廣泛。基于磁致伸縮效應(yīng)的導(dǎo)波無損檢測技術(shù)的檢測原理為：鐵磁性構(gòu)件在外磁場中被磁化時，其外型尺寸會發(fā)生變化，即產(chǎn)生磁致伸縮應(yīng)變，從而在構(gòu)件內(nèi)激發(fā)應(yīng)力波，這種應(yīng)力波實際上是結(jié)構(gòu)導(dǎo)波，也是一種彈性波。反過來，當(dāng)構(gòu)件中存在缺陷時其聲阻將發(fā)生變化，從而引起導(dǎo)波的反射、透射等，進而導(dǎo)致構(gòu)件內(nèi)磁感應(yīng)強度發(fā)生變化，而變化的磁感應(yīng)強度必定引起接收線圈中的電壓變化，通過測量電壓信號即可檢測出構(gòu)件中是否存在腐蝕、裂紋等缺陷。

目前，在磁致伸縮導(dǎo)波檢測中，為在被測構(gòu)件中激勵出導(dǎo)波，一方面采用適當(dāng)?shù)拇怕吩O(shè)計，以在被測構(gòu)件中形成靜態(tài)的軸向偏置磁場，另一方面同時利用纏繞在構(gòu)件上的線圈產(chǎn)生交變磁場，進而利用磁致伸縮效應(yīng)在構(gòu)件中激勵出導(dǎo)波，如授權(quán)號為200710119319.6中國專利公開的一種鋼絞線超聲導(dǎo)波檢測的磁致伸縮傳感器，在與鋼絞線軸向平行的方向上安裝有永磁鐵和纏繞在鋼絞線上的線圈，分別用于形成偏置磁場和交變磁場，利用磁致伸縮效應(yīng)激勵出導(dǎo)波檢測鋼絞線中的缺陷。上述傳感器存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大的缺點，同時由于多磁路結(jié)構(gòu)，磁場的均勻性差，容易產(chǎn)生噪聲，并且上述傳感器僅能用于檢測可被磁化的鐵磁性構(gòu)件。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于磁致伸縮效應(yīng)的導(dǎo)波傳感器，其目的在于利用磁致伸縮效應(yīng)首先在波導(dǎo)管中產(chǎn)生超聲導(dǎo)波，然后將其傳入被測構(gòu)件進行無損檢測，由此彌補了傳統(tǒng)磁致伸縮導(dǎo)波不能對非鐵磁性構(gòu)件檢測的不足，同時解決了換熱管等端部外露構(gòu)件難檢測的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于磁致伸縮效應(yīng)的導(dǎo)波傳感器，可用于對構(gòu)件進行無損檢測，包括

外殼，該外殼呈中空筒狀；

波導(dǎo)管，該波導(dǎo)管呈中空筒狀，其一端置于所述外殼的中空腔內(nèi)并與所述外殼相固定，所述波導(dǎo)管另一端伸出所述外殼；

永久磁鐵，其呈中空筒狀，同軸容置在所述外殼內(nèi)，且與中空筒狀的波導(dǎo)管一端同軸貼合；

內(nèi)管，其為中心具有通孔的管狀，所述內(nèi)管的一段穿過所述永久磁鐵的中空腔部且端部伸出所述永久磁鐵外，其另一段穿入所述波導(dǎo)管的中空腔部，其與所述永久磁鐵的中空腔部的內(nèi)壁相接觸，以支撐所述永久磁鐵，防止其沿垂直于自身中心軸線的方向移動；

內(nèi)管壓塊，該內(nèi)管壓塊為開有通孔的圓環(huán)狀，其同軸套裝在所述內(nèi)管伸出永久磁鐵外的端部上,且與所述永久磁鐵的端面緊密貼合，并與所述外殼相固定，可防止所述永久磁鐵沿軸向移動；

位于內(nèi)管和外殼之間的波導(dǎo)管上繞有激勵線圈和接收線圈，激勵線圈包括內(nèi)激勵線圈和外激勵線圈，接受線圈包括內(nèi)接受線圈和外接受線圈，內(nèi)激勵線圈和內(nèi)接收線圈的引線通過開設(shè)在所述內(nèi)管壁上的壁孔進入所述內(nèi)管中心通孔后引出，外激勵線圈和外接收線圈的引線通過開設(shè)在外殼內(nèi)壁上的走線槽引出，對激勵線圈通入交流電后，所述激勵線圈產(chǎn)生交變磁場，所述交變磁場與所述永久磁鐵形成的偏置磁場共同作用使所述波導(dǎo)管產(chǎn)生磁致伸縮應(yīng)變從而激發(fā)出超聲導(dǎo)波，將其傳入被檢測構(gòu)件以對被檢測構(gòu)件進行無損檢測，帶有構(gòu)件信息的超聲導(dǎo)波反射回來使所述波導(dǎo)管內(nèi)磁感應(yīng)強度變化，從而使所述波導(dǎo)管上的接收線圈內(nèi)產(chǎn)生帶有檢測信息的電信號，根據(jù)所述電信號可獲得無損檢測結(jié)果。

進一步的，所述激勵線圈包括纏繞在所述波導(dǎo)管外壁的外激勵線圈和纏繞在所述內(nèi)管外壁上的內(nèi)激勵線圈，所述內(nèi)管外壁與所述波導(dǎo)管內(nèi)壁之間相距僅能容置所述內(nèi)激勵線圈的距離，以使纏繞在所述內(nèi)管外壁的內(nèi)激勵線圈貼合在所述波導(dǎo)管內(nèi)壁。

進一步的，所述接收線圈包括纏繞在所述波導(dǎo)管外壁的外接收線圈和纏繞在所述內(nèi)管外壁上的內(nèi)接收線圈，所述內(nèi)管外壁與所述波導(dǎo)管內(nèi)壁之間相距僅能容置所述內(nèi)接收線圈的距離，以使纏繞在所述內(nèi)管外壁的內(nèi)接收線圈貼合在所述波導(dǎo)管內(nèi)壁。

進一步的，所述內(nèi)激勵線圈與外激勵線圈相串聯(lián)，所述內(nèi)接收線圈和外接收線圈相串聯(lián)。

進一步的，所述外殼遠(yuǎn)離波導(dǎo)管的端部固定有外端蓋，所述外端蓋上安裝有激勵線圈插座和接收線圈插座，分別與激勵線圈和接收線圈相連，以分別給所述激勵線圈通入交流電和將接收線圈上的帶有檢測信息的電信號引出。

進一步的，所述永久磁鐵的極化方向與波導(dǎo)管軸線方向平行。

進一步的，所述波導(dǎo)管材料為純鐵或碳鋼。

進一步的，所述外殼和內(nèi)管材料均為塑料。