一种基于阻抗匹配电路的提离可调式电磁超声传感器

1.本实用新型涉及电磁超声无损检测设备，具体是一种基于阻抗匹配电路的提离可调式电磁超声传感器。


背景技术：

2.超声波具有方向性好、穿透力大和适应性强等诸多特性，被广泛的应用于无损检测中，电磁超声是利用带偏置磁场的线圈在材料内部感应出强烈的晶粒震荡激发出超声波，这种方式不需要耦合器耦合，也不需要对材料表面进行预处理，同时可以与材料有一定的提离高度，易于产生各种模式的超声波，这些优良的特征促进了电磁超声波在无损检测领域的普遍应用，但是电磁超声传感器具有能量传输效率低，信噪比差的缺点。
3.为此，人们研发了在传输线上添加阻抗匹配电路的方法来提高电磁超声传感器的能量转换效率。然而，到目前为止，采用阻抗匹配电路的方法提高传感器的换能效率更多的是在单个线圈固定频率、固定提离高度下的应用。
4.现有电磁超声传感器进行研究发现其存在以下不足：阻抗匹配电路在电磁超声换能器中的应用，虽然能提高电磁超声换能器的能量转换效率和信噪比，但大多都是针对固定频率和提离距离的，当提离高度或者频率变化时，需要重新设计和封装传感器，影响检测的工作效率。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种基于阻抗匹配电路的提离可调式电磁超声传感器，能够适用不同的检测环境从而达到较高的检测精度和检测灵敏度。
6.为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
7.一种基于阻抗匹配电路的提离可调式电磁超声传感器，包括外壳，外壳上端开口并连接有顶盖，顶盖的一侧设有用于与外部的信号采集系统连接的外接接口，外接接口位于顶盖内部的一端连接有弹簧钢片；
8.所述外壳内通过水平的磁铁支架和斗型磁铁支架安装有磁铁，磁铁上方的斗型磁铁支架上设有电路板卡槽，外壳上开设有卡槽口，阻抗匹配电路板通过卡槽口插入电路板卡槽中并与弹簧钢片接触连接，阻抗匹配电路板顶部设有外接电源引脚和线圈导线引脚，线圈导线引脚上连接有线圈导线；
9.所述磁铁支架固定安装在磁铁底端，磁铁支架下方设置有水平的线圈支架，线圈支架表面安装有与线圈导线连接的线圈。
10.进一步地，所述外壳内部四周分别固定安装有竖向的第一丝杠、第二丝杠和第二滑杆以及与第一丝杠位置相对的第一滑杆；
11.所述斗型磁铁支架的四角均固定安装有连接环，连接环分别与第一丝杠、第二丝杠、第一滑杆和第二滑杆固定连接，斗型磁铁支架中部固定安装有橡胶片，橡胶片与磁铁顶部固定连接；
12.所述磁铁支架相对的两个角上分别固定安装有第二轴承和滑环，第二轴承内圈设有内螺纹使得第二轴承与第二丝杠螺纹连接，第二轴承内圈的高度大于其外圈的高度从而能够手动转动内圈带动磁铁支架上下移动，滑环与第二滑杆滑动连接。
13.进一步地，所述线圈支架相对的两个角上分别固定安装有第一轴承和滑杆槽，第一轴承和第二轴承结构相同，第一轴承与第一丝杠螺纹连接从而实现线圈支架上下移动，滑杆槽与第一滑杆滑动连接。
14.进一步地，所述斗型磁铁支架上设有一组利于将阻抗匹配电路板插入电路板卡槽内预定位置的电路板引导板。
15.进一步地，所述外壳侧面开设有与第一轴承和第二轴承位置对应的竖向开口从而能够在外壳外部旋转第一轴承和第二轴承的内圈。
16.本实用新型具有如下有益效果：
17.本实用新型可以根据不同的提离高度和被测环境设计不同的阻抗匹配电路板，并通过卡槽口将阻抗匹配电路板插入电路板卡槽中，方便根据需要更换阻抗匹配电路板，以此来提高电磁超声传感器的能量转换效率，从而达到准确的检测精度，解决了电磁超声换能器在进行超声检测时，仅靠增强功率放大器能量来提高检测精度的问题，当检测环境发生变化时，只需更换阻抗匹配电路板，就可以达到较高的检测精度。
18.通过旋转第一螺母和第二螺母可以分别调节磁铁支架和线圈支架的高度，从而调节磁铁和线圈的高度，同样地使电磁超声传感器能够适应更多的检测环境，根据不同的检测环境进行调节，以达到较高的检测精度与检测灵敏度，解决了在恶劣检测环境中进行超声检测的技术难题。
附图说明
19.图1：本实用新型的整体结构示意图；
20.图2：本实用新型的内部结构示意图一；
21.图3：本实用新型的内部结构示意图二；
22.图中：1、顶盖；2、外接插口；3、卡槽口；4、外壳；5、第一轴承；6、第一丝杠；7、第二滑杆；8、第一滑杆；9、第二丝杠；10、弹簧钢片；11、线圈支架，12、第二轴承；13、滑杆槽；14、磁铁支架；15、磁铁；16、橡胶片；17、斗型磁铁支架；18、阻抗匹配电路板；19、外接电源引脚；20、线圈导线引脚；21、线圈导线；22、电路板引导板。
具体实施方式
23.下面结合实施例对本实用新型的具体内容做进一步详细解释说明，但不作为对本实用新型的限定。
24.如图1-图3所示，一种基于阻抗匹配电路的提离可调式电磁超声传感器，包括外壳4，外壳4上端开口并连接有顶盖1，顶盖1的一侧设有用于与外部的信号采集系统连接的外接接口2，外接接口2位于顶盖1内部的一端连接有弹簧钢片10；外壳4内部底面的四个角上分别固定安装有竖向的第一丝杠6、第二滑杆7、第一滑杆8和第二丝杠9，第一丝杠6和第一滑杆8的位置相对，第二丝杠9和第二滑杆7的位置相对；
25.所述第一丝杠6、第二滑杆7、第一滑杆8和第二丝杠9的上端均固定安装在顶盖1的
内表面，具体地，将顶盖1盖在壳体4上部后，利用四个螺丝将顶盖1固定在第一丝杠6、第二滑杆7、第一滑杆8和第二丝杠9的顶端；所述外壳4内通过水平的磁铁支架14和斗型磁铁支架17安装有磁铁15，磁铁15上部固定安装有橡胶片16，橡胶片16固定安装在位于磁铁15上方的斗型磁铁支架17中部，磁铁15的底部固定安装在位于其下方的磁铁支架14上，磁铁15上方的斗型磁铁支架17的四个角上均固定安装有连接环，连接环分别与第一丝杠6、第二滑杆7、第一滑杆8和第二丝杠9固定连接，从而使斗型磁铁支架17固定安装在外壳4内部；
26.所述磁铁15下方的磁铁支架14的一个角上固定连接有第二轴承12，第二轴承12内圈设有内螺纹使得第二轴承12与第二丝杠9螺纹连接，第二轴承12内圈的高度大于其外圈的高度，通过手动转动第二轴承12的内圈，能够带动磁铁支架14上下移动，滑环与第二滑杆7滑动连接；所述外壳4底部开设有与第二轴承12位置对应的竖向开口，通过竖向开口可以从外壳4外部转动第二轴承12的内圈，从而使第二轴承12沿着第二丝杠9上下移动并带动磁铁15下方的磁铁支架14上下移动，同时滑环在第二滑杆7上滑动，确保磁铁支架14上下移动时保持水平状态，当磁铁支架14上下移动时磁铁15会拉伸或挤压橡胶片16，使得磁铁15位于传感器的中间部位，磁铁15下方的磁铁支架14的调节高度范围是0.5～3mm。
27.所述外壳4内位于磁铁支架14的下方安装有水平的线圈支架11，线圈支架11的一角固定连接有与第一丝杠6螺纹连接的第一轴承5，第一轴承5的结构与第二轴承12的结构相同，线圈支架11相对的一个角固定连接有滑杆槽13，第一滑杆8与滑杆槽13滑动连接，外壳4底部开设有与第一轴承5位置相对应的竖向开口，通过竖向开口可以在外壳4外部旋转第一轴承5的内圈，使第一轴承5沿着第一丝杠6上下移动，从而带动线圈支架11上下移动，同时，滑杆槽13沿着第一滑杆滑动，确保线圈支架11上下移动过程中始终处于水平状态，继而使安装在其表面的线圈始终平行于被测试件的表面，线圈支架11的高度调节范围是0～2mm。
28.所述磁铁15上方的斗型磁铁支架17上方设有电路板卡槽，外壳4上开设有卡槽口3，阻抗匹配电路板18通过卡槽口3插入电路板卡槽中并与弹簧钢片10接触连接，阻抗匹配电路板18顶部设有外接电源引脚19和线圈导线引脚20，线圈导线引脚20上连接有线圈导线21，所述线圈支架11表面安装有与线圈导线21连接的线圈，在外部激励的作用下线圈中会产生电流。
29.优选的，所述磁铁15顶部的斗型磁铁支架17上设有一组利于将阻抗匹配电路板18插入电路板卡槽内预定位置的电路板引导板22。
30.本实用新型的工作原理如下：
31.使用时，通过卡槽口3将阻抗匹配电路板18插入电路板卡槽中，当信号采集系统提供的激励电流通过外接接口2进入传感器内部时，由于线圈固有的电阻抗并不能完全和功率放大器的内阻达到匹配的效果，使得信号传输效率下降，此时，阻抗匹配电路板18能够使得线圈的电阻抗和功率放大器的内阻相匹配，从而以此来提高能量的传输效率；当激励电流通过线圈时，会在周围产生强电磁场，辐射到被测体表面的电磁场会在被测体的表面产生涡流，此涡流在外加磁场的作用下，会受到机械力作用而产生高频振动，形成超声波波源，接收超声波时，工件表面的振荡也会在外加磁场力的作用下，在高频线圈中感应出电压而被仪器接收，通过上述机制中的这些相互作用就构成了检测的全过程。
32.通过转动第一轴承5和第二轴承12的内圈，可以使与第一轴承5和第二轴承12固定
连接的磁铁支架14和线圈支架11能够上下移动，从而改变传感器的提离距离，提高检测效率。