专利名称：一种应用洛伦兹力的金属表面/亚表面的磁声成像探头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种磁声成像方法，具体说就是一种用于金属表面/亚表面的磁声成像探头。
背景技术：
金属板材在生产制造过程中均不可避免地存在凹陷问题，在运输，加工以及使用维修过程中更会存在由应力以及磕碰等原因产生的损伤。对于板材来讲，其表面及其亚表面的损伤具有很强的隐蔽性和危险性，由此导致的交通事故、生产事故以及管线泄漏事故等严重威胁着人民群众的生命财产安全以及我们赖以生存的生态环境。目前，在无损检测领域，应用最为广泛和成熟的技术就是压电超声检测法，它根据超声反射原理检测金属板材的缺陷，即超声波在板材内部传播时遇到裂纹会发生反射，通 过分析超声反射波，可以确定裂纹的位置和大小。但是，为将超声波入射到板材中，需要在压电超声换能器与板材表面之间加入耦合介质(一般使用水或甘油)，这给压电超声检测方法的应用带来很多困难。由于不需要耦合剂，且不需要对被检测表面进行预处理，兴起于上世纪六七十年代的电磁超声检测技术逐渐成为近年来研究的热点。但是电磁超声检测技术的局限性在于能够提取到的被检测表面缺陷信息量过少，难以对板材表面的缺陷位置进行定位并估算其损伤情况。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的电磁超声检测技术提取信息量较少的问题，提供一种应用洛伦兹力的金属表面/亚表面的磁声成像探头。本发明设有连接装置、探头外壳、屏蔽导线、偏置磁场、发射线圈、接收线圈和保护层；所述连接装置固定于探头外壳上；屏蔽导线分别接在连接装置与发射线圈、接收线圈之间；偏置磁场固定在发射线圈和接收线圈上方；保护层贴在发射线圈和接收线圈下方。所述偏置磁场可米用永磁铁或电磁铁。所述偏置磁场为被检测物体表面提供一个磁场，以使带电粒子能在该磁场下产生洛伦兹力。该磁场包括为发射线圈提供偏置磁场的中心磁场以及为接收线圈提供偏置磁场的周边磁场。由于中心磁场与周边磁场的极性可以相同，也可以相反，依据实际情况，在中心磁场与周边磁场极性相同的前提下，可将这两个磁场合二为一。所述发射线圈置于中心磁场下方。通过使用一列高频脉冲电流激励发射线圈，使被检测对象表面形成瞬时感应涡流。感应涡流在偏置磁场的作用下产生洛伦兹力。被检测物体表面的带电粒子受到周期性洛伦兹力的作用，形成声表面波。声表面波携带着该部位的电阻抗及声阻抗信息向四周传播。所述接收线圈置于周边磁场下方，以发射线圈为中心，沿其周围放置，接收由被检测对象产生的声表面波。为减少干扰，接收线圈与发射线圈之间的空隙不宜过大，因而对被检测物体的检测范围仅限于发射线圈的正下方。本发明中探头所提取到的信号，可采用反投影重建技术进行图像重建。反投影重建技术的基本原理为利用被检测物体表面上任意位置的带电粒子，在受到洛伦兹力f 作用时仅在一个方向上振动的特点；在发射线圈外围布置 多个接收线圈，以接收来自多个方向上，由发射线圈激发出的声表面波。探头将接收到的电信号送入信号处理系统之后，首先通过时间反转法获得被检测物体表面的洛伦兹力散度分布▽ /，再利用电流密度的无散性和电流密度在法向方向分量上为零这一边界条件重建出瞬态电流密度，进而得到被检测物体表面的电导率图像。
图I为本发明实施例的总体结构示意图。图2为本发明实施例I中PCB线圈的线圈结构示意图。图3为本发明实施例2中PCB线圈的线圈结构示意图。图4为本发明实施例2中PCB线圈上层的线圈结构示意图。图5为本发明实施例2中PCB线圈下层的线圈结构示意图。图6为本发明实施例I中偏置磁场的示意图。图7为本发明实施例2中偏置磁场的示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。实施例I :参见图I、图2、图6，本发明为一种磁声成像探头。它是由连接装置I、探头外壳2、屏蔽导线3、偏置磁场4、发射线圈5、接收线圈6、保护层7组成的，连接装置I固定于探头外壳2上；屏蔽导线3分别接在连接装置I与发射线圈5、接收线圈6之间；偏置磁场4设在发射线圈5、接收线圈6上方；发射线圈5、接收线圈6下方贴有保护层7。所述偏置磁场4由一个圆形永磁铁41和一个圆环形永磁铁42提供，其结构如图6所不。圆形永磁铁41套于圆环形永磁铁42内，二者同心。圆形永磁铁41用于提供中心磁场，圆环形永磁铁42用于提供周边磁场。发射线圈与接收线圈由一个0. 5mm厚的双层PCB板印制而成，如图2所示。发射线圈为回折双螺旋结构，接收线圈为聚焦式回折结构。接收线圈的数量N与探头的成像角分辨率8直接相关。当在发射线圈周围均匀放置N个接收线圈时，在不考虑接收线圈间距离的情况下，探头的成像角分辨率8可近似满足关系S = 360° /N。另一方面，在弯折次数一定的情况下，接收线圈的数量越多，则可接收到的声表面波强度越小。在本实施例中，综合考虑到成像角分辨率与接收信号强度两个因素，将接收线圈数量N设定为8个。从获得最大能量转换效率的角度出发，要求发射线圈与接收线圈的两股线之间的间距I满足相位关系匹配条件1 = C/2f。其中C是声表面波在被检测表面传播的速度，f是用来激励发射线圈的高频脉冲的频率。本实施例中，选择高频脉冲频率为500Khz，被检测物体为铝制品，声表面波在该介质下的传播速度约为5000m/s。因此经过计算可得，发射线圈与接收线圈的两股线之间的距离约为5mm。
探头到被检测物体表面的提离值D与以上所述的线圈间距I有关。具体来讲，就是为抑制提离效应带来的不利影响，探头到被检测物体表面的提离值D应远小于线圈间距
I。根据实际经验，提离值D与线圈间距I之间的关系应满足D < 1/2。因此，在本实施例中，探头到被检测物体表面的提离值设为1mm。实施例2 :结合图I、图3、图4、图5、图7，本发明为一种磁声成像探头。它是由连接装置I、探头外壳2、屏蔽导线3、偏置磁场4、发射线圈5、接收线圈6、保护层7组成的；连接装置I固定于探头外壳2上；屏蔽导线3分别接在连接装置I与发射线圈5、接收线圈6之间；偏置磁场4固定在发射线圈5、接收线圈6上方；发射线圈5、接收线圈6下方贴有保护层7。偏置磁场4由一个正方形永磁铁和四个长方形永磁铁来提供，其结构如图7所示。正方形永磁铁置于正中用于提供中心磁场，四个长方形永磁铁分别置于四周用于提供周边磁场，五个永磁铁呈中心对称结构放置。发射线圈与接收线圈由一个0. 5mm厚的双层PCB 板印制而成，如图3所示。PCB板上层和下层的发射线圈彼此绝缘，且角度呈90°，接收线圈同样分为上下两层，为折线结构，按照图4和5的方式印制。接收线圈的数量N与探头的成像X轴分辨率8直接相关。当在发射线圈周围均匀放置N个接收线圈时，在不考虑接收线圈间距离的情况下，探头的成像角分辨率8可近似满足关系S = 360° /N。另一方面，在弯折次数一定的情况下，接收线圈的数量越多，则可接收到的声表面波强度越小。在本实施例中，综合考虑到成像角分辨率与接收信号强度两个因素，将接收线圈数量N设定为8个。发射线圈与接收线圈两股线之间的间距I与探头到被检测物体表面的提离值D的设定过程与实施例I相同，在此不再赘述。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
权利要求
1.一种应用洛伦兹力的金属表面/亚表面的磁声成像探头，其特征在于设有连接装置、探头外壳、屏蔽导线、偏置磁场、发射线圈、接收线圈和保护层；所述连接装置固定于探头外壳上；屏蔽导线分别接在连接装置与发射线圈、接收线圈之间；偏置磁场固定在发射线圈和接收线圈上方；保护层贴在发射线圈和接收线圈下方。
2.如权利要求I所述的一种应用洛伦兹力的金属表面/亚表面的磁声成像探头，其特征在于所述偏置磁场采用永磁铁或电磁铁。
全文摘要
一种应用洛伦兹力的金属表面/亚表面的磁声成像探头，涉及一种磁声成像方法。设有连接装置、探头外壳、屏蔽导线、偏置磁场、发射线圈、接收线圈和保护层；所述连接装置固定于探头外壳上；屏蔽导线分别接在连接装置与发射线圈、接收线圈之间；偏置磁场固定在发射线圈和接收线圈上方；保护层贴在发射线圈和接收线圈下方。
文档编号G01N27/90GK102721735SQ20121024357
公开日2012年10月10日 申请日期2012年7月13日 优先权日2012年7月13日
发明者吴德会, 夏晓昊, 张忠远, 柳振凉 申请人:厦门大学