一种电磁超声换能器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电磁超声检测技术，特别涉及一种电磁超声换能器。
【背景技术】
[0002]电磁超声换能器(Electromagneticacoustic transducer，简称 EMAT)是一种电磁超声发射接收装置。与传统的压电超声换能器相比，由于电磁超声产生和接收过程中具有换能器与被测体表面非接触、无需声耦合剂、检测速度快、无需对试件表面进行预处理、可高温下运行等优点，被广泛应用在测厚、炼钢、焊接、铁轨、管道等多方面的无损检测中。EMAT 一般分为洛伦兹力式和磁致伸缩式两种，
[0003]EMAT探头设计的另一个重要内容是磁铁的设计和选择。为在介质表面和近表层形成强的偏置磁场，需要采用高强度的磁铁，既可采用永磁铁又可采用电磁铁。采用永磁铁的优点是磁铁体积小，可使整个超声换能器的设计变得结构紧凑。一般采用的永磁铁形状有柱状、马蹄形和磁铁对等，也可采用永磁铁阵列来提供偏置磁场。采用电磁铁的好处是其磁场强度容易调节，用交流磁化时，其形成的磁场具有一定的趋肤效应，能够增强偏置磁场的强度。最近几年发展的钕铁硼(NdFeB)永磁铁可以提供高达IT以上的磁场强度，在很大程度提高EMAT的灵敏度。
[0004]EMAT通常由3部分构成:发射、接收线圈，强磁场及试件组成。由于EMAT存在检测信号发射和接收准确性不高、发热量高以及转换效率低等问题，EMAT的优化一直是电磁超声研究的重点之一。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中的问题，优化现有电磁超声技术，本实用新型提供了一种电磁超声换能器。
[0006]一种电磁超声换能器，其特征在于，包括永磁铁、线圈、电磁超声探头线圈、信号调整电路、驱动电路、高压电源、控制电路、显示器、信号处理、A/D转换；其中，永磁铁为中空圆柱形，线圈、电磁超声探头线圈依序放置在永磁铁内部；线圈、?目号调整电路、驱动电路、高压电源、控制电路依次相连；所述电磁超声探头线圈、A/D转换、信号处理、显示器依次相连。
[0007]所述永磁铁为中空圆柱形，静止磁场强度IT以上；永磁铁材料采用钕铁硼Nd2Fel4B、钐钴 SmCo、铝镍钴 AlNiCo。
[0008]所述线圈采用刷有绝缘漆的扁平铜线按螺旋方向单层缠绕在尼龙骨架上构成。
[0009]所述电磁超声探头线圈采用32个电磁超声探头成圆形排列共同构成，32个电磁超声探头均匀垂直地安装。
[0010]所述永磁铁材料采用钕铁硼Nd2Fel4B。
[0011]所述永磁铁材料可采用钕铁硼Nd2Fel4B、钐钴SmCo或铝镍钴AlNiCo，优选钕铁硼Nd2Fel4B，具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁，一经磁化即能保持恒定磁性的特点；将钕铁硼粉末与树脂、塑胶或低熔点金属等粘结剂均匀混合，然后用压缩、挤压或注射成型等方法制成的复合型钕铁硼永磁体。
[0012]所述线圈采用刷有绝缘漆的扁平铜线按螺旋方向单层缠绕在尼龙骨架上构成，采用扁平铜线既是为了增大导线的截而积，减小电阻，也是为了有效减小电流的趋肤效应。所述线圈在空间某点的磁场强度与电流密度和该点在空间的位置紧密相关，离线圈的端而越近，越靠近端面中央位置，磁场强度就越大；电流密度越大，磁场强度越大；空间因子越大，磁场强度越强。导线电阻率越小，磁场越强；线圈激发的磁场越强，超声振幅就越大。
[0013]所述电磁超声探头线圈采用32个电磁超声探头成圆形排列共同构成，如图2所示，第I象限Al?AS位置分别排列8个电磁超声探头，第IV象限BI?B8位置分别排列8个电磁超声探头，第III象限Cl?CS位置分别排列8个电磁超声探头，第II象限Dl?D8位置分别排列8个电磁超声探头，共计32个。32个电磁超声探头均匀垂直地安装，这样可以保证所述试件被声束完全覆盖，有效增加重叠覆盖，使检测正确性、准确性、安全性和可靠性大幅提尚。
[0014]本实用新型具有以下有益效果:采用32个电磁超声探头成圆形排列共同构成电磁超声探头线圈，保证所述试件被声束完全覆盖，有效增加重叠覆盖，使检测正确性、准确性、安全性和可靠性大幅提高。另外，在检测过程具有过程安全、使用方便、操作简单、测量变比范围广、功能齐全等特点，极大的提高工作效率。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的结构示意图；
[0016]图2是本实用新型所述电磁超声探头线圈的结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本实用新型的内容作进一步详细说明。
[0018]如图1所不，一种电磁超声换能器，包括永磁铁1、线圈2、电磁超声探头线圈3、信号调整电路4、驱动电路5、高压电源6、控制电路7、显示器8、信号处理9、A/D转换10。
[0019]其中，所述永磁铁I为中空圆柱形，线圈2、电磁超声探头线圈3依序设置在永磁铁I的内部；线圈2、信号调整电路4、驱动电路5、高压电源6、控制电路7依次相连；所述电磁超声探头线圈3、A/D转换10、信号处理9、显示器8依次相连。
[0020]所述永磁铁I材料可采用钕铁硼Nd2Fel4B、钐钴SmCo或铝镍钴AlNiCo，优选钕铁硼Nd2Fel4B，具有宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁，一经磁化即能保持恒定磁性的特点；将钕铁硼粉末与树脂、塑胶或低熔点金属等粘结剂均匀混合，然后用压缩、挤压或注射成型等方法制成的复合型钕铁硼永磁体。所述永磁铁I为中空圆柱形，静止磁场强度IT以上。
[0021]所述线圈2采用刷有绝缘漆的扁平铜线按螺旋方向单层缠绕在尼龙骨架上构成，采用扁平铜线既是为了增大导线的截而积，减小电阻，也是为了有效减小电流的趋肤效应。所述线圈2在空间某点的磁场强度与电流密度和该点在空间的位置紧密相关，离线圈的端而越近，越靠近端面中央位置，磁场强度就越大；电流密度越大，磁场强度越大；空间因子越大，磁场强度越强。导线电阻率越小，磁场越强；线圈激发的磁场越强，超声振幅就越大。
[0022]所述电磁超声探头线圈3采用32个电磁超声探头成圆形排列共同构成，如图2所示，第I象限Al?AS位置分别排列8个电磁超声探头，第IV象限BI?B8位置分别排列8个电磁超声探头，第III象限Cl?CS位置分别排列8个电磁超声探头，第II象限Dl?D8位置分别排列8个电磁超声探头，共计32个。32个电磁超声探头均匀垂直地安装，这样可以保证所述试件11被声束完全覆盖，有效增加重叠覆盖，使检测正确性、准确性、安全性和可靠性大幅提尚。
[0023]所述信号调整电路4与线圈2相连，用于调整发射电流信号，对脉冲串间隔时间做任意调整，每次脉冲周波数I?32连续可调，电流频率范围在300kHz?4MHz之间，发射线圈电流峰峰值100A以上。
[0024]所述信号调整电路4、驱动电路5、高压电源6和控制电路7控制发射电流的质量，采用两列频率和周波数可调的互补的对称方波脉冲串，方波控制信号通过驱动电路5后控制信号调整电路的通断。通过调谐滤波后，最后在线圈2中得到300kHz?4MHz的正弦电流脉冲串。
[0025]本实用新型的工作流程为:由控制电路7发出信号至高压电源6，高压电源6输出直流至驱动电路5，驱动电路5和信号调整电路4在线圈2中产生强大的脉冲电流，瞬间产生高强磁场。待磁场稳定后，产生垂直入射的超声波，超声波在试件11中传播，遇到端面会发生反射。电磁超声探头线圈3上面的32个电磁超声探头全部有效的接收超声波信号，并将超声波信号依次传输至A/D转换10和信号处理9进行处理，最终由显示器8输出检测信息。检测完成后，控制电路7发出指令至高压电源6，终止电源输出，线圈2中的电流快速降至零，使磁场迅速消失。
[0026]本实用新型未述部分与现有技术相同。
【主权项】
1.一种电磁超声换能器，其特征在于，包括永磁铁(I)、线圈(2)、电磁超声探头线圈(3)、信号调整电路(4)、驱动电路(5)、高压电源(6)、控制电路(7)、显示器(8)、信号处理(9)、A/D转换(10);其中，永磁铁⑴为中空圆柱形，线圈(2)、电磁超声探头线圈(3)依序放置在永磁铁⑴的内部；线圈⑵、信号调整电路(4)、驱动电路(5)、高压电源(6)、控制电路(7)依次相连；电磁超声探头线圈(3)、A/D转换(10)、信号处理(9)、显示器(8)依次相连。2.根据权利要求1所述的一种电磁超声换能器，其特征在于，线圈(2)采用刷有绝缘漆的扁平铜线按螺旋方向单层缠绕在尼龙骨架上构成。3.根据权利要求1所述的一种电磁超声换能器，其特征在于，所述电磁超声探头线圈(3)采用32个电磁超声探头成圆形排列、均匀垂直安装共同构成。
【专利摘要】本实用新型公开一种电磁超声换能器，包括永磁铁(1)、线圈(2)、电磁超声探头线圈(3)、信号调整电路(4)、驱动电路(5)、高压电源(6)、控制电路(7)、显示器(8)、信号处理(9)、A/D转换(10)；本实用新型采用32个电磁超声探头成圆形排列共同构成电磁超声探头线圈，保证所述试件被声束完全覆盖，大幅提高重叠覆盖率，使检测正确性、准确性、安全性和可靠性大幅提高；另外，在检测过程具有过程安全、使用方便、操作简单、测量变比范围广、功能齐全等特点，极大的提高工作效率。
【IPC分类】G01N29/34, G01N29/24
【公开号】CN204882475
【申请号】CN201520629786
【发明人】沈鑫, 闫永梅, 曹敏, 李月梅, 周年荣
【申请人】云南电网有限责任公司电力科学研究院
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月20日