[實用新型]一種水平剪切模態磁致伸縮傳感器

有效

• 申請號: 201420514855.1
• 申請日: 2014-09-09
• 公開（公告）號: CN204052095U
• 公開（公告）日: 2014-12-31
• 發明（設計）人: 劉增華;胡亞男;樊軍偉;何存富;吳斌;李先鋒
• 申請（專利權）人: 北京工業大學;南京博盛工達檢測技術有限公司
• 主分類號: B06B1/08
• 分類號: B06B1/08;G01N29/04
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 涂春春

技術領域

本實用新型涉及一種傳感器，具體的說是一種水平剪切模態磁致伸縮傳感器，可在板結構中激勵出單一的SH₀模態導波；屬于超聲無損檢測領域。

背景技術

超聲導波技術是一種新興的無損檢測新技術，其具有檢測范圍大、效率高、衰減小等優點，對于結構表面缺陷和內部缺陷都相當敏感，可實現板、殼、管道、桿等結構的有效檢測，近年來受到人們的廣泛關注。水平剪切(Shear?Horizontal，SH)波是超聲導波類型之一。由于超聲導波的傳播特性(如頻散、多模態和衰減等)直接關系其檢測效果。基于導波在結構中的傳播特性，選擇合適的檢測模態和頻率范圍相當重要。由于最低階水平剪切模態SH₀在板結構中傳播過程中的非頻散特性，使得SH₀模態對板結構無損檢測具有一定優勢。

目前，常用的激勵超聲導波主要兩種方式，一種方式是基于材料壓電效應的壓電傳感器。壓電傳感器在激勵接收超聲波時，通過耦合劑與被測件接觸，而且往往需要對試件表面進行預處理，因此檢測效率較低；而且壓電傳感器頻率帶寬相對較窄，容易激勵出多個導波模態，在缺陷信息提取上有一定難度。另一種方式是基于電磁耦合機理的電磁聲傳感器(Electromagnetic?Acoustic?Transducer，EMAT)，無需接觸和使用耦合劑，可直接在導體或鐵磁性材料中激勵接收超聲波，具有與被測試件非接觸、無需耦合介質、對被測件表面要求不高、重復性好、適于高溫、高速檢測等優點。

電磁聲傳感器一般主要包括磁鐵和線圈兩部分。通過改變磁鐵和線圈的結構形式，可設計出不同類型的電磁聲傳感器。1999年，H.Ogi等利用不等間距的蛇形線圈和永磁鐵，設計了一種線聚焦SV波電磁聲傳感器。2004年，S.H.Cho，K.H.Sun等設計制作了一種方向可調的磁致伸縮傳感器，用于非鐵磁性金屬和非金屬的檢測。2005年，P.D.Wilcox和M.J.S.Lowe等用永磁鐵和盤狀線圈設計了一種在非鐵磁性波導中激勵Lamb波電磁聲傳感器，此傳感器在周向具有相同的指向性。1979年，R.B.Thompson等利用回折線圈在鐵磁性材料中產生水平剪切模態SH₀。1990年，R.B.Thompson等采用周期永磁鐵(Periodic?Permanent?Magnet,PPM)構成的EMAT在鋁板中激勵出水平剪切模態SH₀。

實用新型內容

本實用新型所要解決的技術問題是：針對現有磁致伸縮傳感器換能效率低，激勵的信號幅值小、模態單一性差的問題。

本實用新型的設計思想是，基于鐵磁性材料鎳帶的磁致伸縮效應，將磁致伸縮變形耦合進入待檢測的非鐵磁性材料(如鋁)板，在非鐵磁性材料(如鋁)板中有效激勵出單一的SH0模態導波，實現非鐵磁性材料(如鋁)板中的缺陷檢測。

本實用新型的目的是設計一種換能效率和信噪比高，激勵的信號幅值更大、能量集中性更好、模態更加單一的水平剪切模態磁致伸縮傳感器。

為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：

一種水平剪切模態磁致伸縮傳感器，包括，由非鐵磁性材料制成的待測量板；包括雙層線圈、兩塊磁鐵和鎳帶；

所述鎳帶固定設置在待測量板上；

所述雙層線圈設置在鎳帶上，且與鎳帶緊密接觸；

所述兩塊磁鐵固定設置在待測量板上，所述兩塊磁鐵分別位于鎳帶的相對應兩側，且與鎳帶緊密接觸；所述兩塊磁鐵相對的兩個面上的磁極相反；

其中，所述雙層線圈包括集成在柔性電路板的上表面上的上層線圈和集成在柔性電路板的下表面上的下層線圈；所述上層線圈穿過柔性電路板與下層線圈相連；所述上層線圈和下層線圈相對應位置處的電流方向一致；所述上層線圈和下層線圈均采用陣列式回折布線方式，并且導線呈成簇型布置；所述每相鄰兩簇線圈之間的中心間距D等于設計的磁致伸縮傳感器理論中心頻率對應的半波長，即D＝λ/2。

進一步優選，所述鎳帶的尺寸與雙層線圈的尺寸一致；所述鎳帶邊緣的厚度小于鎳帶中心的厚度。本實用新型所述的鎳帶的尺寸與雙層線圈的尺寸一致；鎳帶邊緣的厚度小于鎳帶中心的厚度，其目的是：鎳帶的邊緣打磨變薄，使鎳帶與鋁板接觸邊界有一個過渡區域，可以減少導波在鎳帶內部來回反射的可能，減弱了磁致伸縮型傳感器常見的拖尾現象。

進一步優選，所述磁鐵為銣鐵硼磁鐵。

進一步優選，所述待測量板為鋁板。

本實用新型中所述的陣列式回折布線方式，為現有技術中的線圈布線方式，其具體的方法本實用新型不作詳細的說明。