本發(fā)明涉及無損檢測，具體涉及一種用于gil管道測厚的電磁超聲換能器及檢測系統(tǒng)。

背景技術：

1、金屬管道作為基礎工業(yè)中的重要組成部分，是石油、化工、電力、船舶、核工業(yè)的工業(yè)保障，對于國計民生相關的領域具有重要意義；而在實際使用過程中，由于嚴峻的工況環(huán)境，比如腐蝕性介質(zhì)、沖刷、疲勞、蠕變等原因，導致管道失效，同時帶來較為嚴重的極為嚴重的失效后果，往往還會帶來人員及財產(chǎn)損失。

2、同時，工業(yè)管道具有更新頻率快、服役環(huán)境惡劣、失效形式復雜等特點，易發(fā)生腐蝕減薄、結(jié)垢、穿孔等缺陷。管道壁厚檢查是管道可靠性的重要指標之一，是管道定期檢驗的重點關注對象。超聲檢測作為無損檢測中一種重要的檢測方法，在工業(yè)生產(chǎn)中具有廣泛應用。傳統(tǒng)超聲檢測采用壓電傳感器，由壓電晶片振動帶動檢測試件振動，從而產(chǎn)生超聲波，無法實現(xiàn)對管材或板材中存在的分層缺陷和穿透能力較差的材料中缺陷的檢測，同時壓電傳感器在使用時需要耦合劑，必要時還需對管道進行打磨。

3、電磁超聲技術在近年快速發(fā)展并得到極大重視，其具有無需耦合、無需打磨、且重復檢測穩(wěn)定性高、適用極端的高低溫檢測等諸多優(yōu)點，具有極佳的應用前景；而電磁超聲換能器是電磁超聲檢測技術的關鍵核心部件，其性能直接決定了電磁超聲檢測效果及精度，組成電磁超聲換能器的主要功能部件是磁體和線圈，其中磁體提供偏置磁場，線圈中通入高頻交流電信號，在被測試件中激勵超聲波，由線圈接收檢測回波信號。

4、因此，對換能器進行優(yōu)化設計，并進一步提升用于金屬板材、管件等檢測的電磁超聲換能器的性能，因此基于超聲橫波的換能器，需要提供強度較大、方向與線圈垂直的靜磁場來提高檢測質(zhì)量，推動電磁超聲檢測技術的發(fā)展與應用具有重要意義。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種用于gil管道測厚的電磁超聲換能器及檢測系統(tǒng)，以對電磁超聲換能器進行優(yōu)化，提高了對gil管道厚度檢測的精度。

2、為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下技術方案：

3、一種用于gil管道測厚的電磁超聲換能器，包括磁體組件和換能線圈；

4、所述磁體組件包括第二磁體，以及分別設置在第二磁體寬度方向兩側(cè)的第一磁體和第三磁體，所述第一磁體與第三磁體的磁場方向相對放置，所述第二磁體的磁場方向垂直于所述第一磁體與第三磁體的磁場方向，且第二磁體的磁場方向一側(cè)為磁體組件的偏置磁場強側(cè)；

5、所述換能線圈布置在所述磁體組件的偏置磁場強側(cè)，且在換能線圈與磁體組件之間還設有屏蔽材料層，所述換能線圈的接線端用于作為激勵電流和磁感應信號的電連接端。

6、所述用于gil管道測厚的電磁超聲換能器方案中，作為優(yōu)選，所述磁體組件的偏置磁場強側(cè)整體為與待測gil管道的外側(cè)壁形狀相適配的弧形面。

7、所述用于gil管道測厚的電磁超聲換能器方案中，作為優(yōu)選，所述換能線圈為通過一組導線盤繞形成的蝶形線圈結(jié)構(gòu)，包括并行排列布置的第一線圈和第二線圈，所述第一線圈和第二線圈均盤繞形成環(huán)形跑道線圈結(jié)構(gòu)，且第一線圈和第二線圈的環(huán)形跑道線圈中的電流回繞方向相反。

8、所述用于gil管道測厚的電磁超聲換能器方案中，作為優(yōu)選，所述換能線圈的第一線圈和第二線圈并行排列布置成為與待測gil管道的外側(cè)壁形狀相適配的弧形面。

9、相應的，本發(fā)明還提供了一種用于gil管道測厚的檢測系統(tǒng)，包括前述用于gil管道測厚的電磁超聲換能器，還包括檢測控制裝置；所述檢測控制裝置與換能線圈的接線端進行電連接；所述檢測控制裝置用于激勵所述電磁超聲換能器的換能線圈向待測gil管道的側(cè)壁發(fā)射超聲波，并通過換能線圈采集待測gil管道側(cè)壁的兩次超聲波回波之間的時間差，測算超聲波在待測gil管道的傳播速度，并基于該傳播速度測算出待測gil管道的側(cè)壁厚度。

10、所述用于gil管道測厚的檢測系統(tǒng)方案中，具體而言，所述檢測控制裝置測算得到待測gil管道的側(cè)壁厚度的具體方式為：

11、根據(jù)待測gil管道的楊氏模量，計算出超聲波在待測gil管道中的傳播速度，針對待測gil管道的任一檢測位置進行超聲波檢測，激勵換能線圈對待測gil管道發(fā)射超聲波，采集換能線圈接收到的超聲波回波，其中，接收到的超聲波回波包括所發(fā)射的超聲波到達待測gil管道內(nèi)壁并反射的一次回波和到達待測gil管道外壁并反射的二次回波，根據(jù)接收到的所述一次回波和二次回波之間的時間差，以及計算得到的所述超聲波在待測gil管道中的傳播速度，測算得到待測gil管道的側(cè)壁厚度。

12、所述用于gil管道測厚的檢測系統(tǒng)方案中，具體而言，所述根據(jù)待測gil管道的楊氏模量，計算出超聲波在待測gil管道中的傳播速度按下式進行計算：

13、

14、式中，v為超聲波在待測gil管道中的傳播速度，e為待測gil管道的楊氏模量，ρ為待測gil管道的材料密度，σ為待測gil管道的泊松比。

15、所述用于gil管道測厚的檢測系統(tǒng)方案中，具體而言，所述待測gil管道的側(cè)壁厚度按下式進行計算：

16、

17、式中，d為待測gil管道的側(cè)壁厚度，tn為接收到的一次回波與二次回波之間的時間差。

18、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下技術效果：

19、1、本發(fā)明的電磁超聲換能器，其換能線圈用于布置在所述磁體組件偏置磁場強側(cè)一方并位于待測gil管道之間；換能線圈用于在所述換能線圈通入脈沖電流時，待測gil管道的側(cè)壁內(nèi)形成與所述換能線圈中脈沖電流方向相反的渦流，所述渦流與所述垂直偏置磁場相互作用以激勵超聲波，并對待測gil管道中反射回的超聲波進行接收；換能線圈的接線端用于為換能線圈提供脈沖電流，并將所述換能線圈接收到的超聲波回波傳輸至檢測系統(tǒng)，用以進行待測gil管道的側(cè)壁厚度檢測。

20、2、本發(fā)明的電磁超聲換能器中，磁體組件中的第一磁體、第二磁體與第三磁體形成halbach磁陣列結(jié)構(gòu)，能夠使得磁體組件在一側(cè)形成磁場強度較為集中的垂直偏置磁場，能夠有效增強磁體組件的單側(cè)磁強度性能，這種高強度的垂直偏置磁場遠大于單個磁體產(chǎn)生的磁場，從而使得電磁超聲換能器能夠在無需耦合劑和打磨的情況下，也能高效地在gil管道中激勵和接收超聲波。

21、3、本發(fā)明的電磁超聲換能器中，換能線圈可設計為通過一組導線盤繞形成的蝶形線圈結(jié)構(gòu)，包括并行排列布置的第一線圈和第二線圈，所述第一線圈和第二線圈均盤繞形成環(huán)形跑道線圈結(jié)構(gòu)，且第一線圈和第二線圈的環(huán)形跑道線圈中的電流回繞方向相反。采用這樣的換能線圈的結(jié)構(gòu)設計，更有利于增強換能線圈的電磁感應性能，從而提高對超聲波的激發(fā)效率。

22、4、本發(fā)明的檢測系統(tǒng)，根據(jù)待測gil管道的楊氏模量，計算出超聲波在待測gil管道中的傳播速度，針對待測gil管道的任一檢測位置進行超聲波檢測，激勵換能線圈對待測gil管道發(fā)射超聲波，采集換能線圈接收到的超聲波回波，其中，接收到的超聲波回波包括所發(fā)射的超聲波到達待測gil管道內(nèi)壁并反射的一次回波和到達待測gil管道外壁并反射的二次回波，根據(jù)接收到的所述一次回波和二次回波之間的時間差，以及計算得到的所述超聲波在待測gil管道中的傳播速度，測算得到待測gil管道的側(cè)壁厚度。由此，實現(xiàn)對gil管道側(cè)壁厚度的精準無損測量。