[發明專利]一種多層堆疊式磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器

有效

• 申請號: 201610018748.3
• 申請日: 2016-01-12
• 公開（公告）號: CN105675726B
• 公開（公告）日: 2018-06-19
• 發明（設計）人: 唐志峰;呂福在;姜曉勇;張小偉;伍建軍
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N29/24
• 分類號: G01N29/24
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種多層堆疊式磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器，其特征在于：包括塑料外殼(2)、背襯阻尼層(3)和多層磁致伸縮薄層結構(4)，磁致伸縮薄層結構(4)包含兩個正交纏繞式線圈和磁致伸縮薄片材料(6)，兩個正交式線圈通電提供磁致伸縮薄片材料所需的靜態偏置磁場和動態交流磁場，多層磁致伸縮薄層結構(4)通過作為耦合劑的環氧樹脂(5)上下粘結形成多層堆疊結構，多層堆疊結構的四周圍和頂面通過塑料外殼(2)包裹封裝，多層堆疊結構的頂面與塑料外殼(2)內頂面之間設有用于衰減反方向微應變的背襯阻尼層(3)；每一層磁致伸縮薄層結構(4)中的磁致伸縮薄片材料(6)通過魏德曼效應產生剪切微應變，經線性疊加形成多層堆疊磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器的總輸出微應變；

所述的兩個正交纏繞式線圈包含相互正交纏繞在磁致伸縮薄片材料(6)上的直流偏置線圈(7)和動態交流線圈(8)，通電的直流偏置線圈(7)和動態交流線圈(8)分別提供磁致伸縮材料魏德曼效應所需的靜態偏置磁場和動態交流磁場，使得每一層薄層結構中的磁致伸縮材料都將產生剪切微應變，并通過控制兩個正交纏繞式線圈的通電電壓和電流方向，使得相鄰的兩層磁致伸縮薄片材料(6)產生轉向一致且相位相差90度剪切微應變，最后在所述導波發射器的輸出端實現線性疊加，背襯阻尼層(3)使反方向的微應變衰減。

2.根據權利要求1所述的一種多層堆疊式磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器，其特征在于：相鄰的兩個所述磁致伸縮薄層結構(4)之間和多層堆疊結構最底部的磁致伸縮薄層結構(4)底面均設有用環氧樹脂(5)形成的環氧樹脂耦合層，多層堆疊結構最頂部的磁致伸縮薄層結構(4)頂面與塑料外殼(2)之間設有背襯阻尼層(3)。

3.根據權利要求1所述的一種多層堆疊式磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器，其特征在于：所述所有磁致伸縮薄層結構(4)中的直流偏置線圈(7)和動態交流線圈(8)纏繞方向相互相反交替布置。

4.根據權利要求1所述的一種多層堆疊式磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器，其特征在于：所述的兩個正交纏繞式線圈中，直流偏置線圈(7)的通電電壓波形為脈寬調制方波，提供直流偏置磁場；動態交流線圈(8)的通電電壓波形為諧波式脈沖群，提供動態交流磁場；直流偏置線圈(7)通電電壓的脈沖上升沿比動態交流線圈(8)通電電壓上升沿提前，直流偏置線圈(7)通電電壓的脈沖下降沿比動態交流線圈(8)通電電壓下降沿延后。

5.根據權利要求1所述的一種多層堆疊式磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器，其特征在于：上下相鄰的兩個所述磁致伸縮薄層結構(4)中，兩個正交纏繞式線圈的通電電流交替互換，即上層磁致伸縮薄層結構(4)中的直流偏置線圈(7)與下層磁致伸縮薄層結構(4)中的動態交流線圈(8)通電電流方向相反，上層磁致伸縮薄層結構(4)中動態交流線圈(8)在下層磁致伸縮薄層結構(4)中的直流偏置線圈(7)通電電流相同，使得兩個正交纏繞式線圈產生的兩個磁場方向相互垂直，上下相鄰磁致伸縮薄層結構(4)中磁致伸縮薄片材料(6)磁疇偏轉轉向一致相位相差90度。

6.根據權利要求1-5任一所述的一種多層堆疊式磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器，其特征在于：所述的磁致伸縮材料采用Fe-Ni、Fe-Co、Fe-Ga、NiMnGa或Terfenol-D磁致伸縮薄層材料，厚度為0.05-1.0mm。

7.根據權利要求1-5任一所述的一種多層堆疊式磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器，其特征在于：所述的兩個正交纏繞式線圈纏繞在磁致伸縮薄片材料(6)上，環氧樹脂(5)將正交纏繞式線圈和磁致伸縮薄片材料(6)粘結成一體，同時具有良好的超聲導波耦合特性。

8.根據權利要求1-5任一所述的一種多層堆疊式磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器，其特征在于：所述的背襯阻尼層(3)由環氧樹脂和鎢粉配制而成，其厚度為剪切模態超聲導波的半波長。

9.根據權利要求1-5任一所述的一種多層堆疊式磁致伸縮剪切模態超聲導波發射器，其特征在于：所述的磁致伸縮薄片材料(6)為正方形。