[發明專利]一種彎曲模態磁致伸縮傳感器

有效

• 申請號: 201410746510.3
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104874538A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 劉秀成;王磊;龔裕;吳斌;何存富
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B06B1/08
• 分類號: B06B1/08;G01N29/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

本發明為一種彎曲模態磁致伸縮傳感器，屬于電磁聲傳感器技術領域，可在微細圓管中激勵和接收彎曲模態超聲導波。

背景技術

圓管中的導波類別有軸對稱型和非軸對稱型，前者分為縱向和扭轉兩種模態，后者只有彎曲模態。在超聲無損檢測領域中，應用扭轉模態和縱向模態進行缺陷檢測、定位的報道已經屢見不鮮。由于彎曲模態波結構的復雜性，較難設計專用傳感器以激勵出純凈的彎曲模態超聲導波。因此，在工程實踐中應用彎曲模態超聲導波進行無損檢測的研究較少。J.L.Rose等學者在《Guided?waves?by?axisymmetric?and?non-axisymmetric?surface?loading?on?hollow?cylinders》中采用梳狀換能器激勵出彎曲模態導波對管材進行檢測，證明了彎曲模態檢測缺陷的可能性，并提出從缺陷反射回來的彎曲模態信號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》中采用拓撲優化算法，設計出一種可以激勵較為純凈的F(1,2)模態超聲導波的傳感器磁路，但結構較為復雜，不適用于實際應用。上述研究僅限于大直徑管道，且無法直接移植用于微細圓管結構。本發明的目的在于設計一種簡潔的可以在微細圓管中激勵和接收彎曲模態超聲導波的磁致伸縮傳感器。

發明內容

本發明的目的在于設計一種彎曲模態磁致伸縮傳感器，用于在微細圓管中激勵和接收彎曲模態超聲導波，并且可通過調整永磁磁路中永磁體數量與安裝方式實現一階彎曲模態與二階彎曲模態的激勵。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案。

一種彎曲模態磁致伸縮傳感器，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，整體嵌套入有機玻璃外殼6內，再套裝于微細圓管4外側，鐵磁性材料圓柱殼1與微細圓管4間采用環氧樹脂5進行粘接；永磁磁路2以特定方式放置于上述組件外側并固定。在柔性印刷線圈3中通入交流信號，產生沿微細圓管軸向的交變磁場。其中鐵磁性材料圓柱殼1周長可根據實際檢測微細圓管直徑調整。

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

永磁磁路2中的永磁體數量N和安裝方式會影響鐵磁性材料圓柱殼1中的靜態磁場分布以及磁場強度，其中N＝1或2；鐵磁性材料圓柱殼1中可形成共6種不同的靜態磁場分布：永磁磁路2采用1個永磁體時，無論安裝方式如何改變，都將在鐵磁性材料圓柱殼1中形成兩條關于徑向對稱的磁通路，此時傳感器能激勵出一階彎曲模態；永磁磁路2采用2個永磁體時，若磁極同向放置，可在鐵磁性材料圓柱殼1中形成兩條關于徑向對稱的磁通路，傳感器能激勵出一階彎曲模態；若磁極反向放置，則可在鐵磁性材料圓柱殼1中形成四條關于徑向對稱的磁通路，傳感器能激勵出二階彎曲模態。

本發明可以獲得如下有益效果：

本發明采用以上技術方案，使得彎曲模態磁致伸縮傳感器可實現在微細圓管中激勵和接收彎曲模態超聲導波，并且通過調整永磁磁路中永磁體的數量和磁極方向可實現一階彎曲模態與二階彎曲模態超聲導波的選擇性激勵。

附圖說明

圖1采用1個永磁體的傳感器結構示意圖；

圖2采用2個永磁體的傳感器結構示意圖；

圖3永磁體磁極縱向時的傳感器橫截面圖；

圖4永磁體磁極橫向時的傳感器橫截面圖；

圖5永磁體磁極縱向時鐵磁性材料圓柱殼中磁場分布圖；

圖6永磁體磁極橫向時鐵磁性材料圓柱殼中磁場分布圖；

圖7兩個永磁體縱向且同向放置時的傳感器橫截面圖；

圖8兩個永磁體橫向且同向放置時的傳感器橫截面圖；

圖9兩個永磁體橫向且反向放置時的傳感器橫截面圖；

圖10兩個永磁體縱向且反向放置時的傳感器橫截面圖；

圖11兩個永磁體縱向且同向放置時鐵磁性材料圓柱殼中磁場分布圖；

圖12兩個永磁體橫向且同向放置時鐵磁性材料圓柱殼中磁場分布圖；

圖13兩個永磁體橫向且反向放置時鐵磁性材料圓柱殼中磁場分布圖；