[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

一種全指向型S0模態蘭姆波電磁超聲換能器，屬于電磁超聲檢測技術領域，解決了現有S0模態蘭姆波電磁超聲換能器無法對A0模態蘭姆波和A1模態蘭姆波進行激發抑制和接收抑制的問題。所述換能器：第一環形子線圈～第2N+1環形子線圈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。通過設計第一環形子線圈內半徑、環形子線圈寬度和相鄰兩個環形子線圈的最小間距，有效地增大了自身激發S0模態蘭姆波的幅值，并使選定工作點下的A0模態蘭姆波和A1模態蘭姆波的波數的傅里葉分解幅值達到最小，進而使所述換能器對A0模態蘭姆波和A1模態蘭姆波具有較強的激發抑制能力和接收抑制能力。

技術領域

本發明涉及一種電磁超聲換能器，屬于電磁超聲檢測技術領域。

背景技術

近年來，作為一項新興的無損檢測技術，電磁超聲層析成像被越來越多地應用于金屬板材的缺陷檢測。

現有的電磁超聲層析成像通常采用A0模態蘭姆波或S0模態蘭姆波作為檢測導波。這其中，A0模態蘭姆波的波長較大，波速較慢，對金屬板材內部缺陷的分辨能力較弱。在遇到缺陷時，A0模態蘭姆波的部分能量可能轉化為波速較快的S0模態蘭姆波，進而影響對A0模態蘭姆波到來時間的精確測量。相對于A0模態蘭姆波而言，S0模態蘭姆波的波長較小，對金屬板材內部缺陷的分辨能力較強。在部分頻厚積段，S0模態蘭姆波的群速度不僅隨頻厚積的變化率較大，而且明顯大于其他模態蘭姆波的群速度。這大大降低了S0模態蘭姆波與其他模態蘭姆波的重疊概率，有助于精確測量S0模態蘭姆波的到來時間，進而為金屬板材的缺陷層析成像提供更為精確的時間信息。

現有基于S0模態蘭姆波的電磁超聲層析成像需要基于能夠激發和接收S0模態蘭姆波的電磁超聲換能器實現。然而，現有S0模態蘭姆波的電磁超聲換能器的設計只考慮到采用聲波相長干涉的方式來增大所激發的S0模態蘭姆波的幅值，并未考慮到對A0模態蘭姆波和A1模態蘭姆波進行激發抑制和接收抑制。這嚴重影響了對S0模態蘭姆波到來時間的精確測量，進而影響金屬板材的層析成像結果。

發明內容

本發明為解決現有的S0模態蘭姆波電磁超聲換能器無法對A0模態蘭姆波和A1模態蘭姆波進行激發抑制和接收抑制的問題，提出了一種全指向型S0模態蘭姆波電磁超聲換能器。

本發明所述的全指向型S0模態蘭姆波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；

R₁、W和d是通過以下步驟確定的；