[發(fā)明專利]一種彎曲模態(tài)磁致伸縮傳感器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410746510.3
• 申請(qǐng)日: 2014-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN104874538A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉秀成;王磊;龔裕;吳斌;何存富
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): B06B1/08
• 分類號(hào): B06B1/08;G01N29/04
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明為一種彎曲模態(tài)磁致伸縮傳感器，屬于電磁聲傳感器技術(shù)領(lǐng)域，可在微細(xì)圓管中激勵(lì)和接收彎曲模態(tài)超聲導(dǎo)波。

背景技術(shù)

圓管中的導(dǎo)波類別有軸對(duì)稱型和非軸對(duì)稱型，前者分為縱向和扭轉(zhuǎn)兩種模態(tài)，后者只有彎曲模態(tài)。在超聲無損檢測(cè)領(lǐng)域中，應(yīng)用扭轉(zhuǎn)模態(tài)和縱向模態(tài)進(jìn)行缺陷檢測(cè)、定位的報(bào)道已經(jīng)屢見不鮮。由于彎曲模態(tài)波結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，較難設(shè)計(jì)專用傳感器以激勵(lì)出純凈的彎曲模態(tài)超聲導(dǎo)波。因此，在工程實(shí)踐中應(yīng)用彎曲模態(tài)超聲導(dǎo)波進(jìn)行無損檢測(cè)的研究較少。J.L.Rose等學(xué)者在《Guided?waves?by?axisymmetric?and?non-axisymmetric?surface?loading?on?hollow?cylinders》中采用梳狀換能器激勵(lì)出彎曲模態(tài)導(dǎo)波對(duì)管材進(jìn)行檢測(cè)，證明了彎曲模態(tài)檢測(cè)缺陷的可能性，并提出從缺陷反射回來的彎曲模態(tài)信號(hào)中可能包含缺陷的圓周位置信息及缺陷大小信息；Y.Y.Kim等在《The?optimal?design?and?experimental?verification?of?the?bias?magnet》中采用拓?fù)鋬?yōu)化算法，設(shè)計(jì)出一種可以激勵(lì)較為純凈的F(1,2)模態(tài)超聲導(dǎo)波的傳感器磁路，但結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不適用于實(shí)際應(yīng)用。上述研究?jī)H限于大直徑管道，且無法直接移植用于微細(xì)圓管結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)潔的可以在微細(xì)圓管中激勵(lì)和接收彎曲模態(tài)超聲導(dǎo)波的磁致伸縮傳感器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種彎曲模態(tài)磁致伸縮傳感器，用于在微細(xì)圓管中激勵(lì)和接收彎曲模態(tài)超聲導(dǎo)波，并且可通過調(diào)整永磁磁路中永磁體數(shù)量與安裝方式實(shí)現(xiàn)一階彎曲模態(tài)與二階彎曲模態(tài)的激勵(lì)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種彎曲模態(tài)磁致伸縮傳感器，包括鐵磁性材料圓柱殼1，永磁磁路2以及柔性印刷線圈3；

所述的一種彎曲模態(tài)磁致伸縮傳感器，其特征在于，柔性印刷線圈3包覆在鐵磁性材料圓柱殼1外側(cè)，整體嵌套入有機(jī)玻璃外殼6內(nèi)，再套裝于微細(xì)圓管4外側(cè)，鐵磁性材料圓柱殼1與微細(xì)圓管4間采用環(huán)氧樹脂5進(jìn)行粘接；永磁磁路2以特定方式放置于上述組件外側(cè)并固定。在柔性印刷線圈3中通入交流信號(hào)，產(chǎn)生沿微細(xì)圓管軸向的交變磁場(chǎng)。其中鐵磁性材料圓柱殼1周長(zhǎng)可根據(jù)實(shí)際檢測(cè)微細(xì)圓管直徑調(diào)整。

采用單個(gè)永磁體的永磁磁路2具有兩種安裝方式，分別使得永磁體內(nèi)部磁通方向S-N與正對(duì)的微細(xì)圓管4表面的切向方向相平行或垂直；采用兩個(gè)永磁體的永磁磁路2具有四種安裝方式，分別以鐵磁性材料圓柱殼1的幾何中心為對(duì)稱中心進(jìn)行布置。

永磁磁路2中的永磁體數(shù)量N和安裝方式會(huì)影響鐵磁性材料圓柱殼1中的靜態(tài)磁場(chǎng)分布以及磁場(chǎng)強(qiáng)度，其中N＝1或2；鐵磁性材料圓柱殼1中可形成共6種不同的靜態(tài)磁場(chǎng)分布：永磁磁路2采用1個(gè)永磁體時(shí)，無論安裝方式如何改變，都將在鐵磁性材料圓柱殼1中形成兩條關(guān)于徑向?qū)ΨQ的磁通路，此時(shí)傳感器能激勵(lì)出一階彎曲模態(tài)；永磁磁路2采用2個(gè)永磁體時(shí)，若磁極同向放置，可在鐵磁性材料圓柱殼1中形成兩條關(guān)于徑向?qū)ΨQ的磁通路，傳感器能激勵(lì)出一階彎曲模態(tài)；若磁極反向放置，則可在鐵磁性材料圓柱殼1中形成四條關(guān)于徑向?qū)ΨQ的磁通路，傳感器能激勵(lì)出二階彎曲模態(tài)。

本發(fā)明可以獲得如下有益效果：

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，使得彎曲模態(tài)磁致伸縮傳感器可實(shí)現(xiàn)在微細(xì)圓管中激勵(lì)和接收彎曲模態(tài)超聲導(dǎo)波，并且通過調(diào)整永磁磁路中永磁體的數(shù)量和磁極方向可實(shí)現(xiàn)一階彎曲模態(tài)與二階彎曲模態(tài)超聲導(dǎo)波的選擇性激勵(lì)。

附圖說明

圖1采用1個(gè)永磁體的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2采用2個(gè)永磁體的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3永磁體磁極縱向時(shí)的傳感器橫截面圖；

圖4永磁體磁極橫向時(shí)的傳感器橫截面圖；

圖5永磁體磁極縱向時(shí)鐵磁性材料圓柱殼中磁場(chǎng)分布圖；

圖6永磁體磁極橫向時(shí)鐵磁性材料圓柱殼中磁場(chǎng)分布圖；

圖7兩個(gè)永磁體縱向且同向放置時(shí)的傳感器橫截面圖；

圖8兩個(gè)永磁體橫向且同向放置時(shí)的傳感器橫截面圖；

圖9兩個(gè)永磁體橫向且反向放置時(shí)的傳感器橫截面圖；

圖10兩個(gè)永磁體縱向且反向放置時(shí)的傳感器橫截面圖；

圖11兩個(gè)永磁體縱向且同向放置時(shí)鐵磁性材料圓柱殼中磁場(chǎng)分布圖；

圖12兩個(gè)永磁體橫向且同向放置時(shí)鐵磁性材料圓柱殼中磁場(chǎng)分布圖；

圖13兩個(gè)永磁體橫向且反向放置時(shí)鐵磁性材料圓柱殼中磁場(chǎng)分布圖；