[發明專利]一種變模態磁集中器式蘭姆波電磁聲換能器

有效

• 申請號: 201910459550.2
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110548664B
• 公開（公告）日: 2021-05-25
• 發明（設計）人: 劉增華;鄧黎明;張永琛;何存富;吳斌
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B06B1/04
• 分類號: B06B1/04;G01N29/34
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發明公開了一種變模態式磁集中器式蘭姆波電磁聲換能器，該換能器包括釹鐵硼磁鐵，A類磁集中器，B類磁集中器，柔性電路板中的雙層變間距回折線圈。將線圈放置在鋁板表面，磁集中器與的上表面與釹鐵硼磁鐵吸合后固定在線圈正上方，當選用A類磁集中器時，控制磁集中器下表面放置在線圈中心距為d₁的線圈上，則可激勵主模態為A₀模態的導波；當選用B類磁集中器時，控制磁集中器下表面放置在線圈中心距為d₂的線圈上，則可激勵主模態為S₀模態的導波。通過頻率特性測試驗證了所研制的變模態磁集中器式蘭姆波電磁聲換能器具有較好的頻率響應特性，同時驗證了換能器設計的合理性，實現對板結構的結構健康監測。

技術領域

本發明為一種變模態磁集中器式蘭姆波電磁聲換能器，屬于超聲無損檢測領域，可在不更換線圈、磁鐵和激勵頻率等一系列參數，僅更換不同的磁集中器的情況下，從而在板結構中激勵出不同模態的導波。

背景技術

金屬板材結構被廣泛的應用于航空航天、土木、機械等多個領域。在生產和使用過程中，金屬板結構不可避免會產生損傷，大大降低材料的使用壽命。為了保證金屬板結構使用的安全性，有必要對金屬板進行無損檢測。在傳統超聲檢測技術中，壓電超聲技術是傳統超聲檢測技術的重要組成部分，且在超聲檢測技術發展初期應用十分廣泛，但壓電超聲技術由于其對試件的要求較高，需要的預處理技術較為復雜以及需要耦合劑等缺點大大增加了檢測的成本、復雜程度以及局限性。電磁超聲無損檢測技術作為一種新型的無損檢測技術，利用電磁超聲換能器(Electromagnetic Acoustic Transducer，EMAT)進行無損檢測時，無需耦合劑，適用范圍廣，可以對試件進行非接觸式檢測和在線監測。

目前,多采用EMAT激勵最低階Lamb波和SH波，包括A₀、S₀和SH₀模態。對板結構進行檢測和成像，A₀模態EMAT低頻段A₀模態主要以離面位移為主,使用磁致伸縮效應難以產生垂直于板表面的磁致伸縮力,因此,目前研制的A₀模態EMAT都是基于洛倫茲力機理。Guo等利用回折線圈和提供垂直磁場的永磁體，在鋁板中激勵出具有指向性的單一A₀模態，并實現了鋁板中的凹槽缺陷的檢測。S₀模態EMAT方面目前，全向型S₀模態EMAT得到了較多的關注與研究，Wilcox等建立了板中全向型EMAT理論模型，利用環狀緊湊纏繞的螺旋線圈線圈基于洛倫茲力機理，設計制作出可以有效地激勵出在360°方向范圍內具有相同的指向性的S₀模態EMAT，但該換能器無法實現單一模態的激勵。目前，能在板中同時激勵出單一S₀模態與單一A₀模態蘭姆波電磁聲換能器鮮見報道。

發明內容

本發明旨在設計一種變模態磁集中器式蘭姆波電磁聲換能器，即在傳統的電磁聲換能器的基礎上加入變模態磁集中器，從而改變與線圈接觸部分的靜磁場的中心距，從而改變所產生的洛倫茲力的中心距，從而改變產生信號的波長，進而改變所激勵出的信號中的模態所占比重。利用這種變模態磁集中器式蘭姆波電磁聲換能器，能在不更換線圈、磁鐵和激勵頻率等一系列參數，僅更換不同的磁集中器的情況下，從而改變在板結構中激勵出不同模態的導波，可用于實現對板結構的結構健康監測。

為了實現上述目的，本發明采用如下設計方案：