[發明專利]一種用于管道表面耦合的超磁致伸縮導波激勵換能器

有效

• 申請號: 201710123131.2
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN106814140B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 姜銀方;蔣俊俊;姜文帆;陳凱歌;陳波;嚴有琪;戴亞春
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種用于管道表面耦合的超磁致伸縮導波及激勵換能器，其特征在于，包括連接器(1)、外殼頂蓋(2)、外殼底座(7)、振動元件(5)、螺線管線圈(3)、永磁鐵(8)、背襯單元(4)和匹配層(6)；

所述振動元件(5)為鋱鏑鐵Terfenol-D，形狀為刀型，刀柄部分(14)纏繞螺線管線圈(3)，刀部(15)與管道表面耦合，在長度方向上伸縮振動；換能器外殼頂蓋(2)中裝有連接器(1)，螺線管線圈(3)的兩端與連接器(1)連接，外殼底座(7)中設有振動元件(5)、背襯單元(4)、永磁鐵(8)和匹配層(6)；振動元件(5)與匹配層(6)采用環氧樹脂膠粘結成一體；背襯單元(4)與振動元件(5)采用環氧樹脂膠粘結成一體；螺線管線圈(3)密繞于振動元件(5)的刀柄部位(14)和背襯單元(4)之上，采用絕緣漆粘接及絕緣；永磁體(8)的一端固定于振動元件(5)的刀柄部的一端端面，永磁體(8)的另一端與外殼底座(7)連接；換能器內部有螺線管線圈(3)、振動元件(5)、外殼底座(7)、外殼頂蓋(2)、永磁鐵(8)和振動元件(5)形成的封閉磁回路。

2.根據權利要求1所述的一種用于管道表面耦合的超磁致伸縮導波及激勵換能器，其特征在于，所述振動元件(5)包括刀柄部分(14)用于纏繞線圈，刀部(15)與管道表面耦合，振動元件(5)在其長度方向上伸縮振動，寬度及厚度的尺寸應小于長度的1/4，振動元件(5)的長度尺寸根據檢測頻率由下式計算設計，

式1)中l_T為材料長度，f₀是諧振頻率，E_T為材料彈性系數，ρ_T為材料密度。

3.根據權利要求1所述的一種用于管道表面耦合的超磁致伸縮導波及激勵換能器，其特征在于，所述背襯單元(4)為高衰減、低阻抗的背襯層，配方采用碳化硅、環氧樹脂、聚硫橡膠按12:6:4～18:6:4的比例配置而成。

4.根據權利要求1或3所述的一種用于管道表面耦合的超磁致伸縮導波及激勵換能器，其特征在于，所述背襯單元(4)的長度和寬度尺寸與振動元件(5)的尺寸一致，背襯單元(4)的高度尺寸為4mm～7mm。

5.根據權利要求1所述的一種用于管道表面耦合的超磁致伸縮導波及激勵換能器，其特征在于，所述匹配層(6)的聲阻抗在振動元件(5)和管道的聲阻抗之間；所述匹配層(6)的厚度d₂根據下列公式設計計算，

式3)中T為聲強透射率，Z₁、Z₂和Z₃分別為鋱鏑鐵、匹配層(6)和管道的聲阻抗，λ₂為波在匹配層(6)中傳播的波長，

式4)中V₂為導波在匹配層(6)中傳播的速度，f為檢測的中心頻率，檢測的中心頻率f等于振動元件的諧振頻率f₀。

6.根據權利要求1所述的一種用于管道表面耦合的超磁致伸縮導波及激勵換能器，其特征在于，所述永磁鐵(8)采用牌號為N52的厚度方向充磁的圓形釹鐵硼。

7.根據權利要求1所述的一種用于管道表面耦合的超磁致伸縮導波及激勵換能器，其特征在于，所述螺線管線圈(3)采用漆包銅線，在背襯單元(4)與振動元件(5)的刀柄部位(14)上密繞而成，螺線管線圈(3)的直徑范圍在0.1mm～0.3mm，纏繞的匝數在50～240匝。