[發明專利]一種全指向型S0模態蘭姆波電磁超聲換能器

有效

• 申請號: 201810453065.X
• 申請日: 2018-05-14
• 公開（公告）號: CN108680652B
• 公開（公告）日: 2020-07-24
• 發明（設計）人: 康磊;麥建偉;趙輝;馬一博;劉夢晗;趙鈞;張超
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N29/32
• 分類號: G01N29/32;B06B1/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 宋詩非

1.一種全指向型S0模態蘭姆波電磁超聲換能器，所述電磁超聲換能器包括殼體、背板、圓柱形磁鐵、第一空心圓柱形磁鐵～第N空心圓柱形磁鐵和激發線圈；

圓柱形磁鐵與第一空心圓柱形磁鐵～第N空心圓柱形磁鐵等高，第一空心圓柱形磁鐵～第N空心圓柱形磁鐵的端面均為環形，所述環形的環寬相等且內徑依次等差增大；

殼體的一端開口，圓柱形磁鐵與第一空心圓柱形磁鐵～第N空心圓柱形磁鐵均通過背板豎直、同軸且同形心地設置在殼體的內部，圓柱形磁鐵位于第一空心圓柱形磁鐵的內部，圓柱形磁鐵遠離背板的一端與殼體的開口端平齊，圓柱形磁鐵與第一空心圓柱形磁鐵極性相反設置，相鄰的兩個空心圓柱形磁鐵極性相反設置；

激發線圈包括第一環形子線圈～第2N+1環形子線圈，第一環形子線圈～第2N+1環形子線圈同形心地設置在殼體的開口端上，并分別緊密地沿著圓柱形磁鐵的外緣、第一空心圓柱形磁鐵的內、外緣至第N空心圓柱形磁鐵的內、外緣分布，相鄰的兩個環形子線圈通過導線相連，圓柱形磁鐵與第一環形子線圈同軸設置；

第一環形子線圈～第2N+1環形子線圈的寬度相等；

分布在同一空心圓柱形磁鐵內、外緣的兩個環形子線圈同向繞制；

分布在相鄰的兩個空心圓柱形磁鐵內緣的兩個環形子線圈反向繞制；

分布在圓柱形磁鐵外緣和第一空心圓柱形磁鐵內緣的兩個環形子線圈反向繞制；

其特征在于，R₁、W和d是通過以下步驟確定的；

其中，R₁為第一環形子線圈的內半徑，W為環形子線圈的寬度，d為相鄰的兩個環形子線圈的最小間距；

步驟一、在1.80MHz·mm～2.00MHz·mm頻厚積范圍內，初步選定所述電磁超聲換能器的工作點；

步驟二、設定D＝0.5λ1，在(0,2λ1]內初步選定R1，使得F1_{S0_A0_A1_max}達到最大；

在(0.25λ1,0.75λ1]內初步選定D，使得F1_{S0_A0_A1_max}達到最大；

其中，D為相鄰兩個環形子線圈的中心間距，D＝d+W；

λ1為初步選定工作點下的S0模態蘭姆波的波長；

R1為第一環形子線圈的中心半徑，R1＝R₁+W/2；

F1_{S0_A0_A1_max}為1.80MHz·mm～2.00MHz·mm頻厚積范圍內的F1_{S0_A0_A1}的最大值；

F1_{S0_A0_A1}為激發的S0模態蘭姆波對A0和A1模態蘭姆波的抑制能力；

F1_{S0_A0_A1}＝2F1_S0/F1_{S0_max}+(2F1_S0-F1_A1-F1_A0)/F1_S0，F1_A0、F1_S0和F1_A1分別為不同激發頻率下的A0、S0和A1模態蘭姆波的波數對應的傅里葉分解幅值，F1_{S0_max}為1.80MHz·mm～2.00MHz·mm頻厚積范圍內的激發S0模態蘭姆波的波數對應的傅里葉分解幅值的最大值；

步驟三、假定磁場均一，在(0,D]內初步選定W，使得F2_{S0_A1_max}達到最大；

其中，F2_{S0_A1_max}為1.9MHz·mm頻厚積下的F2_{S0_A1}的最大值；

F2_{S0_A1}為激發的S0模態蘭姆波對A1模態蘭姆波的抑制能力；

F2_{S0_A1}＝F2_S0/F2_{S0_max}+(F2_S0-F2_A1)/F2_S0，F2_S0和F2_A1分別為1.90MHz·mm頻厚積下、不同線圈寬度下的激發S0和A1模態蘭姆波的波數對應的傅里葉分解幅值；

F2_{S0_max}為1.90MHz·mm頻厚積下、線圈寬度在(0，D]內的激發S0模態蘭姆波的波數對應的傅里葉分解幅值的最大值；

步驟四、根據初步選定的R1、D和W，確定圓柱形磁鐵和空心圓柱形磁鐵的尺寸，導入磁場數據，重新計算力源，再次進行傅里葉分解，調節并確定R1、D和W，以彌補水平磁感應強度在空間中存在的梯度，并使F1_{S0_A0_A1_max}達到最大；

根據確定的R1、D和W，確定R₁和d。