一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器，主要用于非鐵磁性金屬管件的電磁超聲檢測(cè)；包括N極相對(duì)放置的第一條形磁鐵和第二條形磁鐵，放置于第一條形磁鐵和第二條形磁鐵間用于保持二者間距的非金屬填充物，所述第一條形磁鐵和第二條形磁鐵的對(duì)稱(chēng)軸重合，非金屬外殼將第一條形磁鐵、第二條形磁鐵和非金屬填充物固定在其內(nèi)，在所述非金屬外殼外、沿其長(zhǎng)度方向的中心處周向包覆有柔性螺旋線圈陣列；檢測(cè)時(shí)，僅需將全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器置于非鐵磁性金屬管件內(nèi)部，軸向拉動(dòng)換能器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)非鐵磁性金屬管件各軸向位置的全周電磁超聲檢測(cè)；具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用便捷、有效提升檢測(cè)效率、分辨率和精度等特點(diǎn)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)損檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器，用于非鐵磁性金屬管件檢測(cè)。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁超聲檢測(cè)以其在檢測(cè)時(shí)電磁超聲換能器無(wú)需與待測(cè)金屬構(gòu)件接觸、無(wú)需耦合齊U，可用于高溫、有隔離層等特殊工況的優(yōu)勢(shì)在無(wú)損檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】逐漸得到重視和應(yīng)用。作為電磁超聲檢測(cè)系統(tǒng)中的核心部件，電磁超聲換能器主要負(fù)責(zé)激發(fā)和拾取超聲波信號(hào)。
[0003]目前，應(yīng)用于平板金屬結(jié)構(gòu)電磁超聲檢測(cè)的電磁超聲換能器無(wú)法直接應(yīng)用于金屬管件的電磁超聲檢測(cè)，其最大的問(wèn)題在于對(duì)金屬管件進(jìn)行全周徑向勵(lì)磁存在難度，改進(jìn)的電磁超聲換能器僅可通過(guò)激發(fā)超聲Lamb波等導(dǎo)波方式實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬管件的電磁超聲檢測(cè)，然而采用導(dǎo)波方式對(duì)金屬管件實(shí)施電磁超聲檢測(cè)存在檢測(cè)系統(tǒng)復(fù)雜、信號(hào)頻散大、信噪比低等問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)基于超聲橫波的金屬管件電磁超聲檢測(cè)，對(duì)金屬管件實(shí)施全周徑向勵(lì)磁的傳統(tǒng)方法是在管件內(nèi)部周向布置一圈永磁體，這種方法難以實(shí)現(xiàn)金屬管件內(nèi)部靜磁場(chǎng)的均勻分布，造成檢測(cè)效率低、分辨率低、精度差。傳統(tǒng)金屬管件類(lèi)電磁超聲換能器結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，應(yīng)用于小管徑金屬管件存在難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供提出一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用便捷、有效提升檢測(cè)效率、分辨率和精度等特點(diǎn)，具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。
[0005]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]—種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器,包括N極相對(duì)放置的第一條形磁鐵I和第二條形磁鐵2，放置于第一條形磁鐵I和第二條形磁鐵2間用于保持二者間距的非金屬填充物
3,所述第一條形磁鐵I和第二條形磁鐵2的對(duì)稱(chēng)軸重合,非金屬外殼4將第一條形磁鐵1、第二條形磁鐵2和非金屬填充物3固定在其內(nèi)，在所述非金屬外殼4外、沿其長(zhǎng)度方向的中心處周向包覆有柔性螺旋線圈陣列5。
[0007]所述柔性螺旋線圈陣列5由柔性基底5-1和平行排列并粘貼在柔性基底5-1上的柔性螺旋線圈5-2組成，測(cè)試時(shí)，將柔性螺旋線圈5-2緊貼待測(cè)非鐵磁性金屬管件內(nèi)壁。
[0008]所述第一條形磁鐵I和第二條形磁鐵2連線中垂面上的疊加磁場(chǎng)方向垂直入射于柔性螺旋線圈5-2及待測(cè)非鐵磁性金屬管件內(nèi)壁。
[0009]所述非金屬外殼4包括非金屬殼體4-1,在非金屬殼體4-1靠近兩端部的位置各設(shè)置多個(gè)使非金屬外殼4周向距離可調(diào)的滑進(jìn)裝置4-2，所述滑進(jìn)裝置4-2由在非金屬殼體內(nèi)凹處固定的彈簧4-2-1和固定在彈簧4-2-1另一端的鋼珠4-2-2組成。
[0010]所述在非金屬殼體4-1靠近兩端部的位置各設(shè)置4個(gè)滑進(jìn)裝置4-2，且沿周向均勻布置。[0011]所述非金屬外殼4的兩端成便于進(jìn)入待測(cè)非鐵磁性金屬管件的倒角。
[0012]和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0013]本發(fā)明將兩個(gè)條形磁鐵N極相對(duì)放置，位于條形磁鐵連線中垂面上的疊加磁場(chǎng)垂直于管壁向外，實(shí)現(xiàn)了非鐵磁性金屬管件全周徑向勵(lì)磁，且保證了金屬管件內(nèi)部靜磁場(chǎng)的均勻分布；在對(duì)非鐵磁性金屬管件實(shí)施電磁超聲檢測(cè)時(shí)，該電磁超聲換能器放置于管件內(nèi)，其特殊殼體結(jié)構(gòu)，特別是設(shè)計(jì)的滑進(jìn)裝置可使換能器有效進(jìn)入待測(cè)非鐵磁性金屬管件并在管件內(nèi)部軸向滑進(jìn)，對(duì)非圓管件同樣適用。該電磁超聲換能器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用便捷，檢測(cè)時(shí)，僅需將全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器置于非鐵磁性金屬管件內(nèi)部，軸向拉動(dòng)換能器，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)非鐵磁性金屬管件各軸向位置的全周電磁超聲檢測(cè)。全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器所激發(fā)的超聲波為橫波，沒(méi)有頻散，信號(hào)純凈，針對(duì)非鐵磁性金屬管件缺陷，具有較高的檢測(cè)效率、分辨率和準(zhǔn)確率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是圖1的側(cè)視圖。
[0016]圖3是柔性螺旋線圈陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是高強(qiáng)度非金屬外殼的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5是圖4的剖面圖。
[0019]圖6是實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖7是應(yīng)用本發(fā)明對(duì)托卡馬克偏濾器換熱銅管內(nèi)部體缺陷(長(zhǎng)X寬X深為2mmX2mmX0.2mm)的電磁超聲檢測(cè)結(jié)果，其中:圖7a為單個(gè)柔性螺旋線圈接收的超聲波信號(hào)，圖7b為缺陷掃查的B-Scan圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)闡述。
[0022]如圖1和圖2所不,本發(fā)明一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器,包括N極相對(duì)放置的第一條形磁鐵I和第二條形磁鐵2，放置于第一條形磁鐵I和第二條形磁鐵2間用于保持二者間距的非金屬填充物3，所述第一條形磁鐵I和第二條形磁鐵2的對(duì)稱(chēng)軸重合，非金屬外殼4將第一條形磁鐵1、第二條形磁鐵2和非金屬填充物3固定在其內(nèi)，在所述非金屬外殼4外、沿其長(zhǎng)度方向的的中心處周向包覆有柔性螺旋線圈陣列5，實(shí)現(xiàn)非鐵磁性金屬管件各軸向位置的全周電磁超聲檢測(cè)。
[0023]如圖3所示，柔性螺旋線圈陣列5由柔性基底5-1和平行排列并粘貼在柔性基底5-1上的柔性螺旋線圈5-2組成，測(cè)試時(shí)，盡量將柔性螺旋線圈5-2緊貼待測(cè)非鐵磁性金屬管件內(nèi)壁，減小柔性螺旋線圈陣列5與待測(cè)非鐵磁性金屬管件內(nèi)壁的徑向距離。
[0024]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，所述第一條形磁鐵I和第二條形磁鐵2連線中垂面上的疊加磁場(chǎng)方向垂直入射于柔性螺旋線圈5-2及待測(cè)非鐵磁性金屬管件內(nèi)壁。這樣，第一條形磁鐵I和第二條形磁鐵2連線中垂面上的疊加磁場(chǎng)可對(duì)待測(cè)非鐵磁性金屬管件進(jìn)行全周徑向勵(lì)磁，保證了金屬管件內(nèi)部靜磁場(chǎng)的均勻分布。
[0025]如圖4和圖5所示，作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案:所述非金屬外殼4包括非金屬殼體4-1，在非金屬殼體4-1靠近兩端部的位置各設(shè)置多個(gè)使非金屬外殼4周向距離可調(diào)的滑進(jìn)裝置4-2，所述滑進(jìn)裝置4-2由在非金屬殼體內(nèi)凹處固定的彈簧4-2-1和固定在彈簧4-2-1另一端的鋼珠4-2-2組成。本實(shí)施例在非金屬殼體4-1靠近兩端部的位置各設(shè)置4個(gè)滑進(jìn)裝置4-2，且沿周向均勻布置。
[0026]作為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案:所述非金屬外殼4的兩端成便于進(jìn)入待測(cè)非鐵磁性金屬管件的倒角。
[0027]如圖6所示，本發(fā)明全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括依次連接的信號(hào)發(fā)生器、功率放大器、阻抗匹配電路、全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器、濾波器、放大器和多通道示波器。信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生高頻脈沖信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)功率放大器和阻抗匹配電路處理后，用以驅(qū)動(dòng)柔性螺旋線圈陣列的各柔性螺旋線圈，使之在待測(cè)非鐵磁性金屬管件內(nèi)激發(fā)渦流。待測(cè)非鐵磁性金屬管件內(nèi)全周徑向均勻分布的靜磁場(chǎng)作用于所激發(fā)的渦流，產(chǎn)生洛倫茲力，進(jìn)而在待測(cè)非鐵磁性金屬管件內(nèi)中產(chǎn)生超聲橫波，此超聲波遇到管件缺陷發(fā)生反射，反射波被柔性螺旋線圈拾取，其信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波后輸入多通道示波器進(jìn)行信號(hào)顯示、數(shù)據(jù)記錄和分析，從而完成待測(cè)非鐵磁性金屬管件某一軸向位置的全周電磁超聲檢測(cè)。拉動(dòng)全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器，重復(fù)上述步驟，即可實(shí)現(xiàn)待測(cè)非鐵磁性金屬管件各軸向位置的全周電磁超聲檢測(cè)。
[0028]實(shí)施例:
[0029]托卡馬克偏濾器是核聚變反應(yīng)堆的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)由內(nèi)層CuCrZr換熱銅管、中間過(guò)渡純銅層以及外部鎢塊構(gòu)成，采用熱等壓焊接連接為一體。但由于加工工藝不穩(wěn)定等因素，托卡馬克偏濾器換熱銅管內(nèi)部易出現(xiàn)體缺陷。利用本發(fā)明所述的全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器對(duì)托卡馬克偏濾器換熱銅管內(nèi)部典型體缺陷(長(zhǎng)X寬X深為2mmX2mmX0.2mm)進(jìn)行電磁超聲檢測(cè),檢測(cè)時(shí),將本發(fā)明所述的全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器置于非換熱銅管內(nèi)，軸向拉動(dòng)換能器，對(duì)該缺陷進(jìn)行軸向掃查，檢測(cè)結(jié)果如圖7所示，其中，圖a為單個(gè)柔性螺旋線圈接收的超聲波信號(hào)，圖b為缺陷掃查的B-Scan圖。
[0030]從圖中可見(jiàn)，缺陷回波非常明顯。與實(shí)際缺陷情況對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明所述的全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器可對(duì)托卡馬克偏濾器換熱銅管實(shí)施有效的電磁超聲檢測(cè)，可有效檢出托卡馬克偏濾器換熱銅管內(nèi)部典型體缺陷，可見(jiàn)本發(fā)明所述的全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器能有效檢出非鐵磁性金屬管件內(nèi)部缺陷，檢測(cè)效率高、分辨率高、精度高。
【權(quán)利要求】
1.一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器，其特征在于:包括N極相對(duì)放置的第一條形磁鐵(I)和第二條形磁鐵(2)，放置于第一條形磁鐵(I)和第二條形磁鐵(2)間用于保持二者間距的非金屬填充物(3)，所述第一條形磁鐵(I)和第二條形磁鐵(2)的對(duì)稱(chēng)軸重合，非金屬外殼(4)將第一條形磁鐵(I)、第二條形磁鐵(2)和非金屬填充物(3)固定在其內(nèi)，在所述非金屬外殼(4)外、沿其長(zhǎng)度方向的中心處周向包覆有柔性螺旋線圈陣列(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器，其特征在于:所述柔性螺旋線圈陣列(5)由柔性基底(5-1)和平行排列并粘貼在柔性基底(5-1)上的柔性螺旋線圈(5-2)組成，測(cè)試時(shí)，將柔性螺旋線圈(5-2)緊貼待測(cè)非鐵磁性金屬管件內(nèi)壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器，其特征在于:所述第一條形磁鐵(I)和第二條形磁鐵(2)連線中垂面上的疊加磁場(chǎng)方向垂直入射于柔性螺旋線圈(5-2)及待測(cè)非鐵磁性金屬管件內(nèi)壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器，其特征在于:所述非金屬外殼(4)包括非金屬殼體(4-1)，在非金屬殼體(4-1)靠近兩端部的位置各設(shè)置多個(gè)使非金屬外殼(4)周向距離可調(diào)的滑進(jìn)裝置(4-2)，所述滑進(jìn)裝置(4-2)由在非金屬殼體內(nèi)凹處固定的彈簧(4-2-1)和固定在彈簧(4-2-1)另一端的鋼珠(4-2-2)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器，其特征在于:所述在非金屬殼體(4-1)靠近兩端部的位置各設(shè)置4個(gè)滑進(jìn)裝置(4-2)，且沿周向均勻布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全周徑向勵(lì)磁電磁超聲換能器，其特征在于:所述非金屬外殼(4)的兩端成便于進(jìn)入待測(cè)非鐵磁性金屬管件的倒角。
【文檔編號(hào)】G01N29/14GK103969340SQ201410163926
【公開(kāi)日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】李勇, 陳振茂, 李一力, 劉相彪, 閆貝 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)