專利名稱：一種應用洛倫茲力的金屬表面/亞表面的磁聲成像探頭的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁聲成像方法，具體說就是一種用于金屬表面/亞表面的磁聲成像探頭。
背景技術：
金屬板材在生產(chǎn)制造過程中均不可避免地存在凹陷問題，在運輸，加工以及使用維修過程中更會存在由應力以及磕碰等原因產(chǎn)生的損傷。對于板材來講，其表面及其亞表面的損傷具有很強的隱蔽性和危險性，由此導致的交通事故、生產(chǎn)事故以及管線泄漏事故等嚴重威脅著人民群眾的生命財產(chǎn)安全以及我們賴以生存的生態(tài)環(huán)境。目前，在無損檢測領域，應用最為廣泛和成熟的技術就是壓電超聲檢測法，它根據(jù)超聲反射原理檢測金屬板材的缺陷，即超聲波在板材內(nèi)部傳播時遇到裂紋會發(fā)生反射，通 過分析超聲反射波，可以確定裂紋的位置和大小。但是，為將超聲波入射到板材中，需要在壓電超聲換能器與板材表面之間加入耦合介質(一般使用水或甘油)，這給壓電超聲檢測方法的應用帶來很多困難。由于不需要耦合劑，且不需要對被檢測表面進行預處理，興起于上世紀六七十年代的電磁超聲檢測技術逐漸成為近年來研究的熱點。但是電磁超聲檢測技術的局限性在于能夠提取到的被檢測表面缺陷信息量過少，難以對板材表面的缺陷位置進行定位并估算其損傷情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的電磁超聲檢測技術提取信息量較少的問題，提供一種應用洛倫茲力的金屬表面/亞表面的磁聲成像探頭。本發(fā)明設有連接裝置、探頭外殼、屏蔽導線、偏置磁場、發(fā)射線圈、接收線圈和保護層；所述連接裝置固定于探頭外殼上；屏蔽導線分別接在連接裝置與發(fā)射線圈、接收線圈之間；偏置磁場固定在發(fā)射線圈和接收線圈上方；保護層貼在發(fā)射線圈和接收線圈下方。所述偏置磁場可米用永磁鐵或電磁鐵。所述偏置磁場為被檢測物體表面提供一個磁場，以使帶電粒子能在該磁場下產(chǎn)生洛倫茲力。該磁場包括為發(fā)射線圈提供偏置磁場的中心磁場以及為接收線圈提供偏置磁場的周邊磁場。由于中心磁場與周邊磁場的極性可以相同，也可以相反，依據(jù)實際情況，在中心磁場與周邊磁場極性相同的前提下，可將這兩個磁場合二為一。所述發(fā)射線圈置于中心磁場下方。通過使用一列高頻脈沖電流激勵發(fā)射線圈，使被檢測對象表面形成瞬時感應渦流。感應渦流在偏置磁場的作用下產(chǎn)生洛倫茲力。被檢測物體表面的帶電粒子受到周期性洛倫茲力的作用，形成聲表面波。聲表面波攜帶著該部位的電阻抗及聲阻抗信息向四周傳播。所述接收線圈置于周邊磁場下方，以發(fā)射線圈為中心，沿其周圍放置，接收由被檢測對象產(chǎn)生的聲表面波。為減少干擾，接收線圈與發(fā)射線圈之間的空隙不宜過大，因而對被檢測物體的檢測范圍僅限于發(fā)射線圈的正下方。本發(fā)明中探頭所提取到的信號，可采用反投影重建技術進行圖像重建。反投影重建技術的基本原理為利用被檢測物體表面上任意位置的帶電粒子，在受到洛倫茲力f 作用時僅在一個方向上振動的特點；在發(fā)射線圈外圍布置 多個接收線圈，以接收來自多個方向上，由發(fā)射線圈激發(fā)出的聲表面波。探頭將接收到的電信號送入信號處理系統(tǒng)之后，首先通過時間反轉法獲得被檢測物體表面的洛倫茲力散度分布▽ /，再利用電流密度的無散性和電流密度在法向方向分量上為零這一邊界條件重建出瞬態(tài)電流密度，進而得到被檢測物體表面的電導率圖像。


圖I為本發(fā)明實施例的總體結構示意圖。圖2為本發(fā)明實施例I中PCB線圈的線圈結構示意圖。圖3為本發(fā)明實施例2中PCB線圈的線圈結構示意圖。圖4為本發(fā)明實施例2中PCB線圈上層的線圈結構示意圖。圖5為本發(fā)明實施例2中PCB線圈下層的線圈結構示意圖。圖6為本發(fā)明實施例I中偏置磁場的示意圖。圖7為本發(fā)明實施例2中偏置磁場的示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。實施例I :參見圖I、圖2、圖6，本發(fā)明為一種磁聲成像探頭。它是由連接裝置I、探頭外殼2、屏蔽導線3、偏置磁場4、發(fā)射線圈5、接收線圈6、保護層7組成的，連接裝置I固定于探頭外殼2上；屏蔽導線3分別接在連接裝置I與發(fā)射線圈5、接收線圈6之間；偏置磁場4設在發(fā)射線圈5、接收線圈6上方；發(fā)射線圈5、接收線圈6下方貼有保護層7。所述偏置磁場4由一個圓形永磁鐵41和一個圓環(huán)形永磁鐵42提供，其結構如圖6所不。圓形永磁鐵41套于圓環(huán)形永磁鐵42內(nèi)，二者同心。圓形永磁鐵41用于提供中心磁場，圓環(huán)形永磁鐵42用于提供周邊磁場。發(fā)射線圈與接收線圈由一個0. 5mm厚的雙層PCB板印制而成，如圖2所示。發(fā)射線圈為回折雙螺旋結構，接收線圈為聚焦式回折結構。接收線圈的數(shù)量N與探頭的成像角分辨率8直接相關。當在發(fā)射線圈周圍均勻放置N個接收線圈時，在不考慮接收線圈間距離的情況下，探頭的成像角分辨率8可近似滿足關系S = 360° /N。另一方面，在彎折次數(shù)一定的情況下，接收線圈的數(shù)量越多，則可接收到的聲表面波強度越小。在本實施例中，綜合考慮到成像角分辨率與接收信號強度兩個因素，將接收線圈數(shù)量N設定為8個。從獲得最大能量轉換效率的角度出發(fā)，要求發(fā)射線圈與接收線圈的兩股線之間的間距I滿足相位關系匹配條件1 = C/2f。其中C是聲表面波在被檢測表面?zhèn)鞑サ乃俣龋琭是用來激勵發(fā)射線圈的高頻脈沖的頻率。本實施例中，選擇高頻脈沖頻率為500Khz，被檢測物體為鋁制品，聲表面波在該介質下的傳播速度約為5000m/s。因此經(jīng)過計算可得，發(fā)射線圈與接收線圈的兩股線之間的距離約為5mm。
探頭到被檢測物體表面的提離值D與以上所述的線圈間距I有關。具體來講，就是為抑制提離效應帶來的不利影響，探頭到被檢測物體表面的提離值D應遠小于線圈間距
I。根據(jù)實際經(jīng)驗，提離值D與線圈間距I之間的關系應滿足D < 1/2。因此，在本實施例中，探頭到被檢測物體表面的提離值設為1mm。實施例2 :結合圖I、圖3、圖4、圖5、圖7，本發(fā)明為一種磁聲成像探頭。它是由連接裝置I、探頭外殼2、屏蔽導線3、偏置磁場4、發(fā)射線圈5、接收線圈6、保護層7組成的；連接裝置I固定于探頭外殼2上；屏蔽導線3分別接在連接裝置I與發(fā)射線圈5、接收線圈6之間；偏置磁場4固定在發(fā)射線圈5、接收線圈6上方；發(fā)射線圈5、接收線圈6下方貼有保護層7。偏置磁場4由一個正方形永磁鐵和四個長方形永磁鐵來提供，其結構如圖7所示。正方形永磁鐵置于正中用于提供中心磁場，四個長方形永磁鐵分別置于四周用于提供周邊磁場，五個永磁鐵呈中心對稱結構放置。發(fā)射線圈與接收線圈由一個0. 5mm厚的雙層PCB 板印制而成，如圖3所示。PCB板上層和下層的發(fā)射線圈彼此絕緣，且角度呈90°，接收線圈同樣分為上下兩層，為折線結構，按照圖4和5的方式印制。接收線圈的數(shù)量N與探頭的成像X軸分辨率8直接相關。當在發(fā)射線圈周圍均勻放置N個接收線圈時，在不考慮接收線圈間距離的情況下，探頭的成像角分辨率8可近似滿足關系S = 360° /N。另一方面，在彎折次數(shù)一定的情況下，接收線圈的數(shù)量越多，則可接收到的聲表面波強度越小。在本實施例中，綜合考慮到成像角分辨率與接收信號強度兩個因素，將接收線圈數(shù)量N設定為8個。發(fā)射線圈與接收線圈兩股線之間的間距I與探頭到被檢測物體表面的提離值D的設定過程與實施例I相同，在此不再贅述。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種應用洛倫茲力的金屬表面/亞表面的磁聲成像探頭，其特征在于設有連接裝置、探頭外殼、屏蔽導線、偏置磁場、發(fā)射線圈、接收線圈和保護層；所述連接裝置固定于探頭外殼上；屏蔽導線分別接在連接裝置與發(fā)射線圈、接收線圈之間；偏置磁場固定在發(fā)射線圈和接收線圈上方；保護層貼在發(fā)射線圈和接收線圈下方。
2.如權利要求I所述的一種應用洛倫茲力的金屬表面/亞表面的磁聲成像探頭，其特征在于所述偏置磁場采用永磁鐵或電磁鐵。
全文摘要
一種應用洛倫茲力的金屬表面/亞表面的磁聲成像探頭，涉及一種磁聲成像方法。設有連接裝置、探頭外殼、屏蔽導線、偏置磁場、發(fā)射線圈、接收線圈和保護層；所述連接裝置固定于探頭外殼上；屏蔽導線分別接在連接裝置與發(fā)射線圈、接收線圈之間；偏置磁場固定在發(fā)射線圈和接收線圈上方；保護層貼在發(fā)射線圈和接收線圈下方。
文檔編號G01N27/90GK102721735SQ20121024357
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權日2012年7月13日
發(fā)明者吳德會, 夏曉昊, 張忠遠, 柳振涼 申請人:廈門大學