[發(fā)明專利]一種隨形可變曲率的電磁超聲探頭及其測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010798847.4
• 申請(qǐng)日: 2020-08-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112050839B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-10-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉海波;劉天然;王永青;楊佩勛;薄其樂(lè);李特;劉闊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01D5/48
• 分類號(hào): G01D5/48;G01D11/00
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

1.一種隨形可變曲率的電磁超聲探頭，其特征在于，該電磁超聲探頭包括柔性激勵(lì)線圈(1)、柔性磁鐵(2)、柔性外殼(3.1)和MMCX連接器(3.2)；

所述的柔性磁鐵(2)置于柔性激勵(lì)線圈(1)正上方，使柔性激勵(lì)線圈(1)覆蓋的區(qū)域具有高的磁感應(yīng)強(qiáng)度以保證產(chǎn)生高信噪比超聲；所述的柔性外殼(3.1)為殼體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部依據(jù)柔性激勵(lì)線圈(1)與柔性磁鐵(2)的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)空腔，柔性激勵(lì)線圈(1)與柔性磁鐵(2)固定在柔性外殼(3.1)的空腔中；所述MMCX連接器(3.2)安裝在柔性外殼(3.1)預(yù)設(shè)的槽口中，且與柔性激勵(lì)線圈(1)相連，并通過(guò)同軸電纜連接脈沖系統(tǒng)；

所述柔性激勵(lì)線圈(1)包括圓形螺旋線圈、跑道形螺旋線圈、回形螺旋線圈、正交D形螺旋線圈和正交跑道形螺旋線圈五種構(gòu)型；所述圓形螺旋線圈、跑道形螺旋線圈和回形螺旋線圈均為單層結(jié)構(gòu)，正交D形螺旋線圈和正交跑道形螺旋線圈為雙層正交布置結(jié)構(gòu)；其中，圓形螺旋線圈在材料表面產(chǎn)生無(wú)數(shù)個(gè)徑向方向的渦流，跑道形螺旋線圈和回形螺旋線圈在材料表面產(chǎn)生單一方向的渦流，正交D形螺旋線圈和正交跑道形螺旋線圈在材料表面產(chǎn)生正交方向的渦流。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁超聲探頭，其特征在于，所述柔性激勵(lì)線圈(1)采用柔性電路板打樣制作，柔性電路板由聚酰亞胺或聚酯薄膜制成基材。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁超聲探頭，其特征在于，根據(jù)柔性激勵(lì)線圈(1)的五種構(gòu)型，所述柔性磁鐵(2)對(duì)應(yīng)有五種構(gòu)型；其中，圓形螺旋線圈對(duì)應(yīng)的柔性磁鐵和正交D形螺旋線圈對(duì)應(yīng)的柔性磁鐵均采用圓柱結(jié)構(gòu)，跑道形螺旋線圈對(duì)應(yīng)的柔性磁鐵、回形螺旋線圈對(duì)應(yīng)的柔性磁鐵和正交跑道形螺旋線圈對(duì)應(yīng)的柔性磁鐵均采用長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電磁超聲探頭，其特征在于，所述的柔性磁鐵(2)由橡膠釹鐵硼制作且為單向充磁方式；柔性磁鐵(2)所占據(jù)的區(qū)域與柔性激勵(lì) 線圈(1)的有效區(qū)域相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的電磁超聲探頭，其特征在于，柔性外殼(3.1)由硅膠制成。

6.一種采用權(quán)利要求1-5任一所述的電磁超聲探頭進(jìn)行測(cè)量的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

第一步，設(shè)計(jì)并制作柔性激勵(lì)線圈

根據(jù)不同模式的超聲信號(hào)制作不同構(gòu)型的柔性激勵(lì)線圈(1)；所述柔性激勵(lì)線圈(1)的構(gòu)型包括有圓形螺旋線圈、跑道形螺旋線圈、回形螺旋線圈、正交D形螺旋線圈和正交跑道形螺旋線圈；

第二步，設(shè)計(jì)并優(yōu)化柔性磁鐵結(jié)構(gòu)

根據(jù)柔性激勵(lì)線圈(1)的五種結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的柔性磁鐵(2)結(jié)構(gòu)；將柔性磁鐵(2)放置于柔性激勵(lì)線圈(1)正上方，使柔性激勵(lì)線圈覆蓋的區(qū)域具有高的磁感應(yīng)強(qiáng)度以保證產(chǎn)生高信噪比超聲；

第三步，設(shè)計(jì)并組裝電磁超聲探頭

將柔性激勵(lì)線圈(1)與柔性磁鐵(2)通過(guò)膠水固定在柔性外殼(3.1)的空腔中；將MMCX連接器(3.2)通過(guò)焊接方式與柔性激勵(lì)線圈(1)相連，并通過(guò)同軸電纜連接脈沖系統(tǒng)；

第四步，設(shè)計(jì)探頭夾具

探頭夾具(4)包括支架(4.1)和內(nèi)桿(4.2)；所述支架(4.1)為中空結(jié)構(gòu)，內(nèi)桿(4.2)下端與柔性外殼(3.1)上表面連接，內(nèi)桿(4.2)和柔性外殼(3.1)一同置于支架(4.1)的空腔中；當(dāng)電磁超聲探頭(3)測(cè)量凸面零件(4.3)時(shí)，內(nèi)桿(4.2)自動(dòng)縮回，由支架(4.1)對(duì)電磁超聲探頭兩側(cè)施加壓力使其貼緊凸面零件；當(dāng)電磁超聲探頭(3)測(cè)量凹面零件(4.4)時(shí)，內(nèi)桿(4.2)前伸頂住電磁超聲探頭使其貼緊凹面零件；

第五步，連接脈沖系統(tǒng)

將電磁超聲探頭(3)經(jīng)阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)(5.6)、雙工器(5.4)、終端電阻(5.5)和超聲脈沖收發(fā)器(5.1)依次順序連接；接收信號(hào)經(jīng)雙工器(5.4)接收并通過(guò)放大器(5.2)放大后在示波器(5.3)顯示；所述示波器(5.3)經(jīng)USB線(5.8)與PC上位機(jī)(5.7)連接以傳輸和存儲(chǔ)采集超聲信號(hào)；然后將被測(cè)材料放置在電磁超聲傳感器下方進(jìn)行超聲測(cè)量。