一種具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)測量技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器。
【背景技術(shù)】
[0002]電磁超聲技術(shù)是無損檢測領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，該技術(shù)利用電磁耦合方法激勵和接收超聲波。與傳統(tǒng)的超聲檢測技術(shù)相比，它具有精度高、不需要耦合劑、非接觸、適于高溫檢測以及容易激發(fā)各種超聲波形等優(yōu)點。在工業(yè)應(yīng)用中，電磁超聲檢測技術(shù)正越來越受到人們的關(guān)注和重視。
[0003]然而，作為電磁超聲無損檢測技術(shù)的核心器件，電磁超聲換能器換能效率低，所采集的電磁超聲波形特性復(fù)雜等不利影響，限制了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。在電磁超聲的激勵過程中，電磁超聲換能器內(nèi)部的自身金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生渦流，并在磁場的作用下出現(xiàn)較強的電磁超聲，超聲波將在金屬結(jié)構(gòu)中傳播。該超聲波也將被換能器采集，并與原始電磁超聲信號相疊加，對換能器的采集過程產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，使得換能器所采集電磁超聲信號出現(xiàn)較大誤差，無法準(zhǔn)確接收被測金屬結(jié)構(gòu)中的電磁超聲信號，不能正確反映被測金屬結(jié)構(gòu)特征。
[0004]CN 101701810公開了一種可降低磁鐵回波的電磁超聲接收器，通過在永磁體和線圈之間施加屏蔽層，以及增加永磁鐵表面粗糙度，以減小永磁鐵中超聲信號對電磁超聲換能器的檢測精度的影響。該方法通過在永磁體和線圈之間施加屏蔽層，減小永磁鐵中超聲波的大小，但是該屏蔽層增加了永磁體與線圈之間的距離，在一定程度上降低了電磁超聲的換能效率；此外，該專利通過增加永磁鐵表面粗糙度，將永磁鐵中超聲波進行散射，但該方法并未從根本上解決永磁體中的超聲波對電磁超聲換能器的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是針對電磁超聲換能器工作過程中內(nèi)部金屬結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的電磁超聲噪聲干擾問題而設(shè)計了一種具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器。該換能器在永磁體下方設(shè)置有一弧形磁靴，該弧形磁靴采用硅鋼片疊置而成，并通過對硅鋼片的表面涂布絕緣漆，顯著減低了換能器內(nèi)部渦流的分布，避免了傳統(tǒng)電磁超聲換能器中內(nèi)部渦流對換能過程及檢測過程的干擾，并減少了渦流損耗，提升了換能器的換能效率。另外，永磁體的旋轉(zhuǎn)可以使得電磁超聲換能器在不工作的時候能夠在鐵磁性金屬板上自由移動。
[0006]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題的技術(shù)方案是，提供一種具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器，包括外殼和線圈，其特征在于所述換能器還包括永磁裝置；所述永磁裝置包括四個弧形磁靴、永磁體、十字卡槽、限位塊、十字聯(lián)軸器和機械旋鈕；
[0007]所述外殼的內(nèi)部四壁各自固定有一個弧形磁靴；所述四個弧形磁靴的弧面是凹弧面，弧度相同；四個弧形磁靴分成兩兩正對的兩組；所述一個上下兩個端面為凸弧形的永磁體設(shè)置于其中一組兩個正對的弧形磁靴之間，其弧度與弧形磁靴的弧度完全匹配；所述永磁體中部開有貫通的十字卡槽，十字卡槽的軸向垂直于四個弧形磁靴組成的平面；每組中正對的兩個弧形磁靴距離十字卡槽的中心線的距離相等，正對的兩個弧形磁靴的中心延長線交匯于十字卡槽的中心點；四個弧形磁靴的弧面形成一個以十字卡槽的中心線為中軸線的圓柱體；所述外殼內(nèi)壁緊貼弧形磁靴的位置安裝有兩個限位塊，一個限位塊緊貼一組兩個正對的弧形磁靴中的一個，另一個限位塊緊貼另一組兩個正對的弧形磁靴中的一個，使得永磁體能夠準(zhǔn)確地停留在水平或垂直位置；所述十字聯(lián)軸器中間穿過十字卡槽，一端置于外殼的孔槽內(nèi)，另一端穿過外殼，并與置于外殼外側(cè)的機械旋鈕相連；當(dāng)永磁體以十字聯(lián)軸器為軸旋轉(zhuǎn)時，永磁體與四個弧形磁靴之間的縫隙均相同；所述四個弧形磁靴中的一個下方具有線圈。
[0008]本發(fā)明的有益效果主要有:
[0009]①本發(fā)明通過采用硅鋼片疊片結(jié)構(gòu)作為永磁體的磁靴，由于硅鋼片各片疊加在一起相互是絕緣的，所以可以顯著降低電磁超聲換能器內(nèi)部渦流的產(chǎn)生，避免了渦流在磁場作用下所產(chǎn)生的超聲波及其對電磁超聲采集過程中的干擾，同時，電磁超聲換能器的渦流損耗也相應(yīng)減少，提高了電磁超聲的換能效率，接收到的電磁超聲信號幅值比傳統(tǒng)電磁超聲換能器采集的信號增大2倍多。
[0010]②當(dāng)采用在電磁超聲換能器的使用頻率范圍內(nèi)相對磁導(dǎo)率大于7000且電阻率大于50 μ Ω ?cm的固體材料作為永磁體磁靴的疊片結(jié)構(gòu)材料時，由于材料較高的磁導(dǎo)率和電阻率，使得該裝置在實現(xiàn)高導(dǎo)磁性能的基礎(chǔ)上，可以進一步減低電磁超聲換能器結(jié)構(gòu)內(nèi)部的渦流，并限制由該渦流所引起的噪聲干擾，提高換能器的換能效率。
[0011]③本發(fā)明所設(shè)計的電磁超聲換能器用永磁裝置結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，并解決了現(xiàn)有電磁超聲探頭在鐵磁性金屬材料上移動困難的現(xiàn)實問題。
【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0013]圖1為本發(fā)明具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器一種實施例的永磁裝置內(nèi)部縱切面主視圖
[0014]圖2為本發(fā)明具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器一種實施例的永磁裝置內(nèi)部橫切面左視圖；
[0015]圖3為本發(fā)明具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器一種實施例的弧形磁靴立體圖；
[0016]圖4為本發(fā)明具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器實施例1的第一弧形磁靴與折形線圈組合的立體圖；
[0017]圖5為本發(fā)明具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器實施例1的第一弧形磁靴與折形線圈的組合圖；
[0018]圖6為本發(fā)明具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器實施例2的第一弧形磁靴與跑道形線圈的組合圖；
[0019]圖7為本發(fā)明具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器實施例3的第一弧形磁靴與螺旋形線圈的組合圖；
[0020]圖8為本發(fā)明具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器實施例1中電磁超聲換能器激發(fā)與采集過程示意圖；
[0021]圖9為本發(fā)明具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器實施例1中電磁超聲換能器采集的信號；(其中，圖9(a)圖為采用傳統(tǒng)電磁超聲換能器采集的信號；圖9(b)圖為采用本申請實施例1的永磁裝置的電磁超聲換能器采集的信號)
【具體實施方式】
[0022]本發(fā)明提供了一種具有新型永磁裝置的電磁超聲換能器(參見圖1-9，簡稱換能器)，包括外殼10和線圈11，其特征在于所述換能器還包括永磁裝置；所述永磁裝置包括第一弧形磁靴1、永磁體2、第三弧形磁靴3、十字卡槽4、第四弧形磁靴5、第二弧形磁靴6、限位塊7、十字聯(lián)軸器8和機械旋鈕9 ；
[0023]所述外殼10的內(nèi)部四壁各自固定有第一弧形磁靴1、第二弧形磁靴6、第四弧形磁靴5和第三弧形磁靴3 ;所述四個弧形磁靴的弧面是凹弧面，弧度相同；四個弧形磁靴分成兩兩正對的兩組；所述永磁體2是一個上下兩個端面為凸弧形的永磁體，其設(shè)置于其中一組兩個正對的弧形磁靴之間，其弧度與弧形磁靴的弧度完全匹配；所述永磁體2中部開有貫通的十字卡槽4，十字卡槽4的軸向垂直于四個弧形磁靴組成的平面；每組中正對的兩個弧形磁靴距離十字卡槽4的中心線的距離相等，正對的兩個弧形磁靴的中心延長線交匯于十字卡槽4的中心點；四個弧形磁靴的弧面形成一個以十字卡槽4的中心線為中軸線的圓柱體；所述外殼內(nèi)壁緊貼弧形磁靴的位置安裝有兩個限位塊7，一個限位塊緊貼一組兩個正對的弧形磁靴中的一個，另一個限位塊緊貼另一組兩個正對的弧形磁靴中的一個，使得永磁體能夠準(zhǔn)確地停留在水平或垂直位置；所述十字聯(lián)軸器8中間穿過十字卡槽4，一端置于外殼10的孔槽內(nèi)，另一端穿過外殼10，并與置于外殼10外側(cè)的機械旋鈕9相連；當(dāng)永磁體2以十字聯(lián)軸器為軸旋轉(zhuǎn)時，永磁體2與四個弧形磁靴之間的縫隙均相同，范圍是0.5?2mm ；
[0024]機械旋鈕9通過十字聯(lián)軸器8帶動永磁體2轉(zhuǎn)動，以十字聯(lián)軸器8為軸在四個弧形磁靴組成的平面進行90°旋轉(zhuǎn)，使得永磁體2可以在水平和垂直兩個方向上切換。
[0025]下方具有線圈11的弧形磁靴由DQ126G-35冷乳取向娃鋼片層層疊加而成，每層娃鋼片表面涂覆有絕緣漆；弧形磁靴與線圈11的疊加方式多樣，原則是:線圈11中較長的線與硅鋼片的長和寬所在的面垂直；另外三個弧形磁靴由導(dǎo)磁性能好的低碳鋼材料制成；
[0026]下方具有線圈11的弧形磁靴也可以采用在電磁超聲換能器的使用頻率范圍內(nèi)相對磁導(dǎo)率大于7000且電阻率大于50 μ Ω.cm的固體材料，例如超微晶材料。
[0027]所述限位塊7由非導(dǎo)磁的鋁材制成。
[0028]所述永磁體2是釹鐵硼永磁體。
[0029]所述外殼10為長方體結(jié)構(gòu)。
[0030]就本實施1-3而言，第一弧形磁靴1、第二弧形磁靴6、第四弧形磁靴5和第三弧形磁靴3分別安裝于外殼10的底部、頂部、左側(cè)和右側(cè)內(nèi)壁上；第二弧形磁靴6的左側(cè)和第四弧形磁靴5的上方各固定有一個限位塊7 ;第一弧形磁靴的下方具有線圈11 ;所述第二弧形磁靴6、第一弧形磁靴1與處于垂直方向時的永磁體2形成導(dǎo)磁路徑，用于換能器激勵和接收電磁超聲。第三弧形磁靴3、第四弧形磁靴5與處于水平方向時的永磁體2形成導(dǎo)磁路徑，用