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专利名称：一种一体化收发切换式sh导波电磁超声探头的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电磁超声检测技术，具体是ー种以洛伦兹カ型为主、可激励平板中SH导波和管道管壁中周向SH波的电磁超声探头。
背景技术：
超声检测在材料无损评价方面应用广泛，电磁超声探头(ElectromagneticAcoustic Transducer,简称EMAT)与传统压电式超声波探头相比,具有无需稱合剂、エ件表面无需预处理、检测效率高的优点，适合金属板材、棒材和管道检测。EMAT按照激励原理主要分为两类，洛伦兹カ型和磁致伸縮型。磁致伸縮型EMAT的换能效率较高，但仅适合碳钢等铁磁性材料检测。洛伦兹力型EMAT适合导电材料的检测，应用范围较广。一般情况下导波检测用的发射EMAT和接收EMAT的线圈结构和匝数不同，为了达到最佳的激励能力和接收灵敏度，因此发射和接收用的EMAT是分离的。若将发射EMAT和接收EMAT合为一体，同时保证探头的激励能力和接收灵敏度不低于分离式EMAT，则在エ业检测中将会更加实用。超声导波检测技术是ー种新兴的无损检测技木，无需逐点扫查，一次可检测ー块平板或一段管道，具有检测效率高的优点。若将电磁超声和导波技术整合一体，发挥其各自的优点，那么就可以实现非接触的快速检测，这在エ业领域中有广阔的应用前景。近年来，国内也出现了 SH导波的电磁超声探头，如中国专利CN102023186A设计了可激励SH波的电磁超声探头来进行管道检测，发射和接收探头是分离开的而且采用磁铁较多，探头体积比较大，而且回波分析较复杂。为了减小探头体积方便实际应用，设计出发射和接收一体的SH导波EMAT，能实现管道或储罐钢板等的快速检测。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种采用激励信号来实现发射/接收一体化的可进行收发切換的SH导波电磁超声探头，具有结构设计简单、激励能力强、接收灵敏度高的特点，可进行厚板和大ロ径管道检测。本实用新型具体提供了ー种一体化收发切換式SH导波电磁超声探头，其特征在于所述电磁超声探头是由ー对或ー对以上永磁铁、非磁性材料隔片、两个或两个以上跑道形平面线圈、碳钢片、探头保护层、壳体、电容和切換开关组成；其中永磁铁排成若干列，每列若干个，相邻永磁铁的磁极相反吸合在顶部的碳钢片上，磁铁之间由非磁性材料片隔开，两个或两个以上几何尺寸相同的跑道形平面线圈粘贴在永磁铁下端，用n个平面线圈与2n-l个切换开关以及n-1个电容连接成电路，用探头激励信号经整流滤波来控制所有切換开关一致通断，即将探头激励信号经整流滤波后加到所有切換开关控制扱，使所有切换开关导通，实现所有跑道形平面线圈与所有电容在电路上为并联；当无激励信号或激励电压低于切换开关导通最低电压时，所有切换开关为关断状态，所有跑道形平面线圈与所有电容在电路上为串联，其中n为大于等于2的整数。本实用新型所述一体化收发切換式SH导波电磁超声探头，其特征在于所述非磁性材料隔片为塑料片或纸片等不导磁材料。本实用新型所述一体化收发切換式SH导波电磁超声探头，其特征在于所述跑道形平面线圈为漆包线绕制的跑道形线圈或柔性印刷线路板PCB制成的跑道形线圈。本实用新型所述一体化收发切換式SH导波电磁超声探头，其特征在于所述非磁性材料片的长度、宽度与永磁铁的长度、宽度相同，非磁性材料片的厚度可以根据需要而改变。本实用新型提供的收发切換式SH导波电磁超声探头，其探头保护层由塑料或刚玉片等绝缘材料制成，长度、宽度略大于磁铁组的长度、宽度，其厚度根据实际需要而定。探头壳体由若干块碳钢板组装而成。本实用新型还有以下技术特征 (I)激励信号为频率20kHz至5MHz的tone-burst,可以加Hanning窗进行调制或不加。(2)改变各个电容的电容值来实现三个线圈上激励信号相位一致。(3)利用几何尺寸相同的跑道形平面线圈叠放一起来，通过激励信号来控制切換开关的通断，实现电磁超声探头发射/接收的切換。(4)用作发射电磁超声探头时，所有跑道形平面线圈在电路上是并联，激励能量大；用作接收电磁超声探头时，所有跑道形平面线圈在电路上是串联，接收灵敏度高。本实用新型的电磁超声探头，在非磁性金属材料上靠洛伦兹カ激励SH波，在铁磁性金属材料上依靠洛伦兹カ和磁致伸縮力激励SH波，依据板或管道的尺寸可激励出SH0模、SH1模、SH2模等。

图I电磁超声探头的俯视图(磁铁顶部碳钢片未画出)；图2电磁超声探头的纵截面视图；图3电磁超声探头的横截面视图；图4电磁超声探头发射/接收切换电路原理图；图5施加到跑道线圈上的激励信号示意图；图6电磁超声探头的俯视图(磁铁顶部碳钢片未画出);图7电磁超声探头的纵截面视图；图8电磁超声探头的横截面视图；图9电磁超声探头发射/接收切换电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进ー步说明实施例I如图I 4所示，收发切換式SH导波电磁超声探头由八个永磁铁I、三个几何尺寸相同的跑道形平面线圈3、非磁性材料片2、永磁铁I顶部的碳钢片5、探头保护层、壳体、电容Cl、C2和切换开关SI、S2、S3、S4、S5组成，6代表被检测的エ件。其中永磁铁I为钕铁硼永磁鉄，八个永磁铁I磁极交替排列吸合在顶部的碳钢片5上，磁铁之间用非磁性材料片2(塑料片或纸片)隔开，三个跑道形平面线圈3粘贴在永磁铁I下端，三个跑道形平 面线圈3与切换开关SI、S2、S3、S4、S5和电容Cl、C2按图4形式连接电路。施加图5所示激励信号，就能在エ件中激励出交变洛伦兹力，从而在エ件中形成SH导波；当无激励信号时，探头自动切换为接收EMAT，接收平板或管道中的超声波。其中(I)激励信号为频率20kHz至5MHz的tone-burst,可以加Hanning窗进行调制或不加。 (2)利用三个几何尺寸相同的跑道形平面线圈3叠放一起来，平面线圈3与切换开关SI、S2、S3、S4、S5和电容Cl、C2按图4的方式联接，探头激励信号经整流滤波后控制所有切换开关一致通断，实现发射/接收SH波的切換。(3)改变电容Cl、C2大小可以实现三个线圈上激励信号相位一致。(4)用作发射电磁超声探头时，三个跑道形平面线圈3在电路上是并联，激励能量大；用作接收电磁超声探头时，三个跑道形平面线圈3在电路上是串联，接收灵敏度高。实施例2如图6 9所示，收发切換式SH导波电磁超声探头由十二个永磁铁I、四个几何尺寸相同的跑道形平面线圈3、非磁性材料片2、永磁铁I顶部的碳钢片5、探头保护层、壳体、电容Cl、C2、C3和切换开关SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7组成，6代表被检测的エ件。其中永磁铁I为钕铁硼永磁鉄，十二个永磁铁I磁极交替排列吸合在顶部的碳钢片5上，磁铁之间用非磁性材料片2 (塑料片或纸片)隔开，四个跑道形平面线圈3粘贴在永磁铁I下端，三个跑道形平面线圈3与切换开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和电容C1、C2、C3按图9形式连接电路。施加图5所示激励信号，就能在エ件中激励出交变洛伦兹力，从而在エ件中形成SH导波；当无激励信号时，探头自动切換为接收EMAT，接收平板或管道中的超声波。其中(I)激励信号为频率20kHz至5MHz的tone-burst,可以加Hanning窗进行调制或不加。(2)利用四个几何尺寸相同的跑道形平面线圈3叠放一起来，平面线圈3与切换开关SI、S2、S3、S4、S5、S6、S7和电容Cl、C2、C3按图9的方式联接，探头激励信号经整流滤波后控制所有切换开关一致通断，实现发射/接收SH波的切換。(3)改变电容Cl、C2、C3大小可以实现四个线圈上激励信号相位一致。(4)用作发射电磁超声探头时，四个跑道形平面线圈3在电路上是并联，激励能量大；用作接收电磁超声探头时，四个跑道形平面线圈3在电路上是串联，接收灵敏度高。
权利要求1.ー种一体化收发切換式SH导波电磁超声探头，其特征在于所述电磁超声探头是由ー对或ー对以上永磁铁、非磁性材料隔片、两个或两个以上跑道形平面线圈、碳钢片、探头保护层、壳体、电容和切换开关组成； 其中永磁铁排成若干列，姆列若干个，相邻永磁铁的磁极相反吸合在顶部的碳钢片上，磁铁之间由非磁性材料片隔开，两个或两个以上几何尺寸相同的跑道形平面线圈粘贴在永磁铁下端，用n个平面线圈与2n-l个切换开关以及n-1个电容连接成电路，用探头激励信号经整流滤波来控制所有切换开关一致通断，即将探头激励信号经整流滤波后加到所有切换开关控制极，使所有切換开关导通，实现所有跑道形平面线圈与所有电容在电路上为并联；当无激励信号或激励电压低于切换开关导通最低电压时，所有切换开关为关断状态，所有跑道形平面线圈与所有电容在电路上为串联，其中n为大于等于2的整数。
2.按照权利要求I所述一体化收发切換式SH导波电磁超声探头，其特征在于所述非磁性材料隔片为不导磁材料。
3.按照权利要求I所述一体化收发切換式SH导波电磁超声探头，其特征在于所述跑道形平面线圈为漆包线绕制的跑道形线圈或柔性印刷线路板PCB制成的跑道形线圈。
4.按照权利要求I所述一体化收发切換式SH导波电磁超声探头，其特征在于所述非磁性材料片的长度、宽度与永磁铁的长度、宽度相同。
专利摘要本实用新型提供一种电磁超声探头。它是由永磁铁、非磁性材料隔片、跑道形平面线圈、碳钢片、探头保护层、壳体、电容和切换开关组成；永磁铁排成若干列，每列若干个，相邻永磁铁的磁极相反吸合在碳钢片上，磁铁之间由非磁性材料片隔开，跑道形线圈粘贴在永磁铁下端，在检测时线圈与工件表面可以保持一定距离。本实用新型利用线圈上的激励信号来实现同一个电磁超声探头发射/接收的切换，用作发射探头时所有跑道形线圈并联，激励能量强；用作接收探头时所有跑道形线圈串联，接收灵敏度高。本实用新型的电磁超声探头在金属管道或平板中可以激励和接收SH波，仅用一个探头就能对对管道和平板进行缺陷检测。
文档编号G01N29/24GK202393743SQ20112031991
公开日2012年8月22日 申请日期2011年8月30日 优先权日2011年8月30日
发明者刘畅, 刘芳, 张双楠, 沙高峰, 蔡桂喜 申请人:中国科学院金属研究所