[發明專利]一種隨形可變曲率的電磁超聲探頭及其測量方法

有效

• 申請號: 202010798847.4
• 申請日: 2020-08-11
• 公開（公告）號: CN112050839B
• 公開（公告）日: 2021-10-15
• 發明（設計）人: 劉海波;劉天然;王永青;楊佩勛;薄其樂;李特;劉闊
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01D5/48
• 分類號: G01D5/48;G01D11/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

本發明屬于超聲測量技術領域，提供了一種隨形可變曲率的電磁超聲探頭及其測量方法。該探頭包括柔性激勵線圈、柔性磁鐵、柔性外殼和MMCX連接器。首先，設計出五種構型的柔性激勵線圈；其次，設計五種對應的磁鐵分布結構；然后，設計柔性硅膠外殼，并集成柔性線圈和柔性磁鐵；最后，通過夾具控制電磁超聲探頭，保證自動化測量過程中始終與材料曲面緊密貼合。本發明設計出五種不同類型的隨形可變曲率的電磁超聲探頭，其結構緊湊、空間測量分辨率高、無需耦合劑、操作簡單快速；保證了超聲聲軸與被測曲面局部法式一致，提高了測量精度及信號信噪比；可以面向不同測量參數進行選擇優化應用，實現厚度、應力和缺陷等多物理幾何參數的超聲測量。

技術領域

本發明屬于超聲測量技術領域，特別涉及一種隨形可變曲率的電磁超聲探頭及其測量方法。

背景技術

曲面零件是航空航天等領域高端裝備中的一類典型件。為準確獲取該類零件的制造質量、材料特性和安全壽命等關鍵信息，往往在加工過程或使役過程采用超聲法對其進行定量評估。超聲作為一種常用的無損檢測手段，且具有適用范圍廣、測量快速、裝置簡單、成本低、安全無害等優點，已被廣泛應用于厚度、缺陷和殘余應力等多物理幾何參數測量。

為了避免曲面零件的曲率對超聲傳播的影響，目前的研究大多面向形狀平緩零件的檢測。由于基于壓電換能原理的超聲造波方法易受耦合狀態影響，為了獲得穩定的耦合狀態，往往將工件浸入到水中測量，受水槽尺寸限制無法滿足大型結構件的無損測量要求；而且為了與工件曲率相同，通常采用特定曲率的楔塊探頭，該方法只能面向一種曲面零件測量，通用性較差?；陔姶鸥袘淼某曉觳ǚ椒梢苑墙佑|、無耦合的方式對零件進行檢測，但是其換能效率低，特別是面向曲面零件測量時探頭與曲面間的空隙嚴重降低超聲信噪比，且測量時難以確保探頭平面垂直于被測局部曲面法矢，導致超聲傳播路徑偏離及回波振幅衰減，引起較大測量誤差。為此，針對探頭適應性差及激發的信號信噪比低等難題，設計一種隨形可變曲率的電磁超聲探頭，通過緊密貼合曲面，保證超聲聲軸始終與被測曲面局部法式一致，提高測量精度及信號強度。

2017年，廉國選等在發明專利CN201710229235.7中公開了一種柔性探頭結構，該探頭在正方形區域內等距布置64個振源體單元，各振源體固定在基盤上，于振源體與基盤間套入彈簧，根據表面狀態的起伏大小自適應調整各個陣元的伸縮量，然而，此探頭結構基于壓電換能原理，只適用于非平整或大曲率表面；2018年，龍紹君等在發明專利CN201810874215.X中公開了一種可調節式柔性探頭裝置，該探頭將陶瓷壓電晶片設于柔性背材上，并在柔性背材上方設置緩沖墊，在柔性背材兩側設置張緊機構，使陶瓷壓電晶片緊密貼合弧面工件，然而，此探頭結構基于壓電換能原理，僅能面向缺陷檢測。

然而，上述均未提及一種隨形可變曲率的電磁超聲探頭。

發明內容

為了解決現有方法中的問題，考慮曲面零件的超聲測量需求，本發明提供了一種隨形可變曲率的電磁超聲探頭及其測量方法。本發明將柔性電磁線圈、柔性磁鐵和柔性殼體有機集成，創新設計了一種隨形可變曲率的電磁超聲探頭，實現了探頭各組件均可適應復雜曲面零件不同測量點的曲率變化，保證了超聲聲軸與被測曲面局部法式一致；并基于隨形可變曲率的電磁超聲探頭特點，設計了一種探頭夾具，保證超聲自動化測量過程中電磁超聲探頭始終與曲面緊密貼合；所述的隨形可變曲率的電磁超聲探頭可應用于曲面零件的厚度、應力和缺陷等多參量的超聲測量。

本發明采用的技術方案是：

一種隨形可變曲率的電磁超聲探頭，包括柔性激勵線圈1、柔性磁鐵2、柔性外殼3.1和MMCX連接器3.2。