[發(fā)明專利]一種基于Halbach原理的雙線圈電磁超聲換能器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711366912.0
• 申請日: 2017-12-18
• 公開（公告）號: CN108020155A
• 公開（公告）日: 2018-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐東林;侯軍;廖光平;魏子兵;李茂揚(yáng);胡琳;張琪
• 申請（專利權(quán)）人: 西南石油大學(xué)
• 主分類號: G01B7/06
• 分類號: G01B7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種用于機(jī)械制造及傳感器領(lǐng)域的基于Halbach原理的雙線圈電磁超聲換能器。它能有效的增大超聲波接收信號的幅度，減小噪音信號的產(chǎn)生，提高信噪比。其技術(shù)方案是：該電磁超聲換能器由永久磁鐵機(jī)構(gòu)、線圈機(jī)構(gòu)、換能器外殼機(jī)構(gòu)組成，其永久磁鐵機(jī)構(gòu)包括六個(gè)永久磁鐵陣列、永久磁鐵外殼，永久磁鐵陣列安裝在永久磁鐵外殼中，永久磁鐵外殼與換能器外殼用固定螺釘連接；其線圈機(jī)構(gòu)包括接收線圈、外側(cè)激發(fā)線圈、內(nèi)側(cè)激發(fā)線圈，內(nèi)側(cè)激發(fā)線圈嵌套在外側(cè)激發(fā)線圈中安裝在激發(fā)線圈擋板的上邊；線圈機(jī)構(gòu)安裝在永久磁鐵機(jī)構(gòu)的下邊，換能器下箱蓋與換能器上箱蓋用鎖緊螺釘連接。本發(fā)明能有效的提高超聲波接收信號的幅度，信噪比提高7~9倍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于機(jī)械制造及傳感器領(lǐng)域的一種基于Halbach原理的雙線圈電磁超聲換能器，它廣泛應(yīng)用于金屬板材的測厚。

背景技術(shù)

電磁超聲換能器(Electro Magnetic Acoustic Transducer ,EMAT)主要應(yīng)用在鋼板或者鋁板的測厚、火車輪軌道的探傷、輸油管道探傷等領(lǐng)域，優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)在線檢測，無需耦合劑，可以適應(yīng)高溫高壓檢測環(huán)境。目前問題是EMAT具有接收超聲回波幅度小，信噪比低的缺點(diǎn)，限制了電磁超聲換能器的應(yīng)用。因此，如何提高換能器的信噪比是目前亟需解決的問題

針對電磁超聲換能器的改進(jìn)，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。文獻(xiàn)：一種電磁超聲檢測用脈沖激勵(lì)電源的研制（李鵬，清華大學(xué)，2012），設(shè)計(jì)出了一種功率可調(diào)節(jié)的電源，通過調(diào)節(jié)電源功率來調(diào)節(jié)信噪比，并在鋼板或鋼管上進(jìn)行缺陷檢測，但未提及在鋁板或者其它非鐵磁性材料上面的應(yīng)用。一種電磁超聲傳感器的研制（龐煒涵，北京理工大學(xué)機(jī)械與車輛學(xué)院，2017）：研制出了一種電磁超聲傳感器，高頻脈沖使用UCC3895作為信號源，IR2110作為全橋可逆電路驅(qū)動芯片，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該裝置可以很好的在鋁板上激發(fā)超聲波并能夠接收到信號，有較好的信噪比，但是該裝置沒有提及在鐵磁性材料上面的應(yīng)用。A NewElectromagnetic Acoustic Transducer Designfor Generating and receiving S0Lamb Waves in Ferromagnetic Steel Plate（Janpeng He,University of warwickConventry CV47AL,UK,2017）：文章介紹了一種新型的EMAT模型，該模型只采用線圈結(jié)構(gòu)而舍棄了傳統(tǒng)的永磁鐵激勵(lì)，這種新型結(jié)構(gòu)對比了在洛倫茲力機(jī)制和磁致伸縮機(jī)制上面的效果，分別檢測了鋁板和鋼板，結(jié)果顯示磁致伸縮機(jī)制提高了信噪比。但由于施加的激發(fā)電流過大，存在極大的安全隱患。An Improved Design of the Spiral-Coil EMAT forEnhancing the Signal Amplitude（Xiaojuan Jia,Chongqing University,China,2017）:文章對EMAT的永久磁鐵和螺旋線圈均做了改進(jìn)。圓柱體的永久磁鐵采用兩部分構(gòu)成，即一個(gè)柱形永磁鐵嵌套在另一個(gè)磁鐵環(huán)中，充磁方向相反。將原來的單個(gè)螺旋線圈改進(jìn)為兩個(gè)螺旋線圈，分別施加不同方向的電流作用。通過仿真和實(shí)驗(yàn)的比對，最終改進(jìn)的EMAT傳感器的信噪比大約為未改進(jìn)前的1.96倍。這種信噪比在生銹嚴(yán)重的鐵板上面不適用，需要使用具有更大信噪比的EMAT換能器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要工作是發(fā)明了一種基于Halbach原理的雙線圈EMAT的方法和裝置，它能夠有效的增大超聲波接收信號的幅度，減小噪音信號的產(chǎn)生，提高信噪比。

電磁超聲傳感器的信噪比e，如公式（1）所示：

（1）