[發明專利]產生單一模態蘭姆波的電磁超聲換能器及其設計方法

在審

• 申請號: 202110306587.9
• 申請日: 2021-03-23
• 公開（公告）號: CN112924560A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 李松松;郭中會;楊瑩;李晨;何慧敏;王宇恒;郭忠宇;張琦
• 申請（專利權）人: 大連海洋大學
• 主分類號: G01N29/34
• 分類號: G01N29/34;B06B1/04
• 代理公司: 大連大工智訊專利代理事務所(特殊普通合伙) 21244
• 代理人: 崔雪

本發明涉及電磁超聲技術領域，提供一種產生單一模態蘭姆波的電磁超聲換能器及其設計方法，所述電磁超聲換能器包括：永磁鐵、金屬線圈單元和酯類固體膠；所述永磁鐵的底面開設弧形凹槽，開設弧形凹槽之后永磁鐵呈拱形結構，所述永磁鐵的弧形凹槽之內設置金屬線圈單元；所述金屬線圈單元，包括：多層并聯的曲折線圈；所述曲折線圈從底層向上層彎折數逐漸減??；下一層的曲折線圈與其上一層的曲折線圈連接；所述酯類固體膠填充永磁鐵和曲折線圈之間空隙；曲折線圈與被測試件不相接觸；曲折線圈設置于被測試件上方。本發明能夠避免激發導波的多模態現象，激發出單一模態導波，轉換效率顯著提升。

技術領域

本發明涉及電磁超聲技術領域，尤其涉及一種產生單一模態蘭姆波的電磁超聲換能器及其設計方法。

背景技術

隨著國家經濟快速發展，金屬板材廣泛應用于各行各業，然而在金屬板材生產，加工及使用的過程中，不可避免的會出現各種各樣的缺陷，如金屬表面劃傷、內部裂痕等，于是無損檢測作為一種在不破壞被測試件的前提下，檢測被測試件表面及內部缺陷，并且提供缺陷具體信息的技術，大量用于金屬板材的缺陷檢測。而在無損檢測領域，電磁超聲檢測技術由于其檢測范圍廣、檢測精度高、不需要耦合劑及復雜的預處理技術等優點使檢測更加簡單容易，大大提高生產效率。

但是，現有技術的電磁超聲換能器換能效率低、導波的頻散特性以及多模態特性導致在檢測時信號雜亂，檢測效率低，所以如何提高電磁超聲檢測技術的檢測效率成為一大熱點性問題。

發明內容

本發明主要解決現有技術的電磁超聲蘭姆波換能器的多模態特性導致在檢測時信號雜亂，檢測效率低的技術問題，提出一種產生單一模態蘭姆波的電磁超聲換能器及其設計方法，以提高無損檢測的效率，顯著提升轉換效率。

本發明提供的一種產生單一模態蘭姆波的電磁超聲換能器，包括：永磁鐵1、金屬線圈單元2和酯類固體膠4；

所述永磁鐵1的底面開設弧形凹槽，開設弧形凹槽之后永磁鐵1呈拱形結構，所述永磁鐵1的弧形凹槽之內設置金屬線圈單元2；

所述金屬線圈單元2，包括：多層并聯的曲折線圈；所述曲折線圈從底層向上層彎折數逐漸減??；下一層的曲折線圈與其上一層的曲折線圈連接；

所述酯類固體膠4填充永磁鐵1和曲折線圈之間空隙；曲折線圈與被測試件3不相接觸；曲折線圈設置于被測試件3上方。

優選的，所述金屬線圈單元2設置三層曲折線圈，底層曲折線圈具有五處彎折，中層曲折線圈具有三處彎折，上層曲折線圈具有一處彎折。

對應的，本發明還提供一種產生單一模態蘭姆波的電磁超聲換能器的設計方法，包括以下過程：

步驟100，獲取用戶輸入的電磁超聲換能器參數，所述電磁超聲換能器參數包括拱形結構中弧形凹槽的寬度和高度；

步驟200，根據以下公式確定拱形結構中弧形凹槽的寬度、高度和半徑的關系為：

其中，w表示拱形結構中弧形凹槽的寬度，h表示拱形結構中弧形凹槽的高度，R表示拱形結構的弧形凹槽的半徑；

步驟300，通過以下公式確定永磁鐵1上任意a點的坐標為：

利用拱形結構中弧形凹槽的寬度、高度和半徑的關系，得到以下公式：

步驟400，通過以下公式確定在永磁鐵1弧形凹槽中酯類固體膠4的任意b點到a點的距離為：

其單位矢為：

步驟500，根據磁場強度公式確定永磁鐵1對b點的磁場強度為：