[發(fā)明專利]一種基于陣列磁鐵電磁超聲的彈性常數(shù)測量方法

有效

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• 申請日: 2019-07-24
• 公開（公告）號: CN110487908B
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉海波;李亞鵬;劉天然;李特;劉彥坤;王永青
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號: G01N29/07
• 分類號: G01N29/07
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 關(guān)慧貞

本發(fā)明一種基于陣列磁鐵電磁超聲的彈性常數(shù)測量方法，其特征是，該方法首先設(shè)計并制作平面海爾貝克磁鐵陣列，基于磁鐵陣列特征，設(shè)計不同結(jié)構(gòu)柔性印刷線圈。再次，集成與組裝陣列磁鐵電磁超聲。最后，利用陣列磁鐵電磁超聲，測量被測點處縱波與橫波回波聲時，完成材料彈性常數(shù)計算。本發(fā)明解決了材料彈性常數(shù)測量效率與精度問題。創(chuàng)新設(shè)計了一種平面海爾貝克磁鐵陣列，同時獲得了垂直與水平磁場，并提高了磁場強度；優(yōu)化了柔性印刷線圈集成結(jié)構(gòu)，獲得了高信噪比的聲時信號；同時激發(fā)出了橫波與縱波，獲得了高信噪比的聲時信號，提高了空間測量分辨率，可滿足面向制造現(xiàn)場環(huán)境的彈性常數(shù)快速無損精確測量需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無損檢測領(lǐng)域，特別涉及一種基于陣列磁鐵電磁超聲的彈性常數(shù)測量方法。

背景技術(shù)

彈性常數(shù)是工程材料的重要性能參數(shù)之一，是評價固體彈性的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)測量方法是通過施加外部載荷，記錄相應(yīng)應(yīng)變，根據(jù)胡克定律計算彈性常數(shù)。然而，這種方法測量周期長，且應(yīng)變片粘貼情況嚴(yán)重影響彈性常數(shù)的測量精度。其它測量方法，如X射線衍射法、莫爾干涉法等，測量過程復(fù)雜。超聲法只需通過測量縱波和橫波速度，便可以實現(xiàn)彈性常數(shù)的無損快速測量，具有操作簡單、適用范圍廣等優(yōu)點。

電磁超聲具有非接觸、重復(fù)性好且無需耦合劑等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用在無損檢測等領(lǐng)域。電磁超聲主要由偏置磁場、線圈以及具有優(yōu)良導(dǎo)電性的金屬材料組成。根據(jù)洛倫茲力定律，當(dāng)磁場方向垂直于金屬板面時，洛倫茲力平行于金屬板面，此時在材料表面產(chǎn)生橫波并向內(nèi)部傳播；當(dāng)磁場方向平行于金屬板面時，洛倫茲力垂直于金屬板面，此時在材料表面產(chǎn)生縱波并向內(nèi)部傳播。然而，傳統(tǒng)電磁超聲中的永磁鐵磁場強度低，使得獲取到的信號信噪比低，極大影響了彈性常數(shù)計算精度；而且永磁鐵只能提供單一磁場方向，即只能激發(fā)橫波或縱波，在測量過程中需要頻繁拆卸，過程繁瑣，嚴(yán)重制約了測量效率。通過勵磁磁鐵的優(yōu)化設(shè)計，同時激發(fā)出橫波和縱波，以實現(xiàn)彈性常數(shù)快速無損測量。

2017年，戰(zhàn)宇等在發(fā)明專利CN201711035304.1中公開了一種基于激光超聲的彈性常數(shù)的無損檢測方法及設(shè)備，該方法中將脈沖激光作用到待測表面的激勵點產(chǎn)生超聲波，能同時產(chǎn)生縱波、橫縱和表面波，然而，該方法設(shè)備昂貴，測量過程復(fù)雜。2018年，楊理踐等在發(fā)明專利 CN201810331216.4中公開了一種電磁超聲彈性模量測量換能器結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)采用了永磁鐵產(chǎn)生偏置磁場，檢測時在線圈中加以交變電流實現(xiàn)在工件近表面產(chǎn)生超聲波，但是，該測量結(jié)構(gòu)只能產(chǎn)生一種波形，且裝置體積大，測量空間分辨率低。

然而，上述均未提及一種基于陣列磁鐵電磁超聲的彈性常數(shù)測量方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)難題是克服現(xiàn)有方法的不足，面向制造現(xiàn)場環(huán)境彈性常數(shù)快速無損精確測量需求，發(fā)明了一種基于陣列磁鐵電磁超聲的彈性常數(shù)測量方法。該方法中，創(chuàng)新設(shè)計了一種平面海爾貝克磁鐵陣列，可同時獲得垂直與水平方向磁場，極大提高了磁場強度；采用柔性印刷線圈，減小了提離距離，提高了聲時信號強度；設(shè)計并集成了不同結(jié)構(gòu)形式線圈，適應(yīng)了不同磁場方向；將平面海爾貝克磁鐵陣列與不同結(jié)構(gòu)線圈集成到電磁超聲中，優(yōu)化電磁超聲尺寸結(jié)構(gòu)，可同時激發(fā)出橫波、縱波以及橫縱波，有效提高空間測量分辨率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種基于陣列磁鐵電磁超聲的彈性常數(shù)測量方法，其特征是，首先，設(shè)計并制作平面海爾貝克磁鐵陣列；其次，基于磁鐵陣列特征，設(shè)計不同結(jié)構(gòu)柔性印刷線圈；再次，集成與組裝陣列磁鐵電磁超聲，包括外殼、焊接MMCX接口、柔性線圈板等；最后，利用陣列磁鐵電磁超聲，測量被測點處縱波與橫波回波聲時，完成材料彈性常數(shù)計算。

方法的具體步驟如下：

第一步，平面海爾貝克陣列磁鐵設(shè)計