CN103743823B - 一种可变结构的电磁超声探头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可变结构的电磁超声探头，包括：抗干扰屏蔽罩、探头接口、拨杆、偏置磁场和EMAT线圈；所述抗干扰屏蔽罩覆盖于所述偏置磁场和所述EMAT线圈的外部；所述抗干扰屏蔽罩与所述探头接口机械连接，所述探头接口通过导线与所述EMAT线圈电气连接；所述探头接口用于接入外部激励信号；所述EMAT线圈用于激发超声信号；所述偏置磁场由周期磁体提供，并置于所述EMAT线圈上方；所述EMAT线圈采用折线形线圈结构，相邻导线之间的间距相同，且为S1，所述周期磁体可在所述EMAT线圈上方通过所述拨杆以位移量S2进行水平移动，所述S1=S2。本发明实现了用同一种探头结构进行多种超声模式的激发，从而达到对不同类型缺陷的检测。
Description
技术领域
本发明涉及一种探头，尤其涉及一种电磁超声探头。
背景技术
近几年随着石油、天然气工业的发展，再加上部分地区的能源供应的不平衡，长距离的油气运输孕育而生。然而运输所用的管道常年处于恶劣的环境下运行，极易出现腐蚀、裂纹等缺陷，这些缺陷严重影响了管道的安全运行。管道的检测对石油行业、化工行业、压力容器行业和油气高压远距离输送工程等更具有重要的意义。在众多无损检测技术中，由于电磁超声检测技术无需耦合介质并且可以非接触测量，非常适用于高温、高速和表面粗糙工件的检测。
中国专利CN102023186A《电磁超声探头以及使用该电磁超声探头检测管道的方法》公开了一种借助电磁超声技术对检测对象进行缺陷检测的超声探头，但由于该探头产生的超声波是表面波，故只能对管道内壁表面进行缺陷检测，而对于内部缺陷的检测就必须更换另一套检测装置，从而增加了检测成本和检测的复杂度。
为了克服技术上的不足，本发明提出了一种变结构的多用电磁超声探头。该探头通过移动EMAT线圈上方偏置磁场的相对位置，可以使EMAT线圈激发出表面波或者体波。当周期磁体内同极性下方的EMAT线圈导线电流同向时，在材料表面感应出同向的洛伦兹力。在同向洛伦兹力的作用下，材料表面向下的振动得到加强，并由此产生体波，此时可以检测出材料内部缺陷，并且可以作为材料测厚的装置。
水平移动拨杆s位移量，使得周期磁体内同极性下方的EMAT线圈导线电流呈现交错。此时，在材料表面感应出交错的洛伦兹力。在交错洛伦兹力的作用下，材料表面质点水平方向的振动得到加强，并由此得到表面波，可用于材料表面缺陷的检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种变结构的多用电磁超声探头，实现对非铁磁性金属材料表面缺陷、内部缺陷及厚度的检测。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种可变结构的电磁超声探头，包括：抗干扰屏蔽罩、探头接口、拨杆、偏置磁场和EMAT线圈；
所述抗干扰屏蔽罩覆盖于所述偏置磁场和所述EMAT线圈的外部；所述抗干扰屏蔽罩与所述探头接口机械连接，所述探头接口通过导线与所述EMAT线圈电气连接；所述探头接口用于接入外部激励信号；所述EMAT线圈用于激发超声信号；
所述偏置磁场由周期磁体提供，并置于所述EMAT线圈上方；
其特征在于，所述EMAT线圈采用折线形线圈结构，相邻导线之间的间距相同，且为S1，所述周期磁体可在所述EMAT线圈上方通过所述拨杆以位移量S2进行水平移动，所述S1=S2。
作为优选，所述抗干扰屏蔽罩的材料为非铁磁性金属材料。
作为优选，所述周期磁体采用至少两块结构及磁性相同的方形钕铁硼永磁体组成；所述方形钕铁硼永磁体按照磁极方向相反交错排列。
作为优选，所述方形钕铁硼永磁体的边长为L，且满足L=C/2f，其中f为所述激发超声波信号的频率，c为超声波在被测的非铁磁性金属材料中的波速。
作为优选，所述方形钕铁硼永磁体的下方的导线数目相同。
作为优选，所述方形钕铁硼永磁体的下方的导线数目为2股。
作为优选，所述导线满足：在接通电源后的任意时刻，除最边缘的两股导线以外，与其他任意一个导线左右相邻的两股导线，其中一股流经的电流与该导线同向，而另一股与该导线反向。
作为优选，所述S1=S2=L/2。
所述EMAT线圈置于偏置磁场中，偏置磁场有规律的置于EMAT线圈上方。当周期磁体内同极性下方的EMAT线圈导线电流同向时，用连续有限个高频脉冲激励EAMT线圈，在被测非铁磁性金属材料中会感应出涡流。该涡流受偏置磁场的作用，在被测非铁磁性金属材料表面产生同向洛伦兹力。在同向洛伦兹力的作用下，材料表面质点在垂直方向上的振动得到加强，并由此产生体波，此种波可以用来检测非铁磁性金属材料内部的缺陷及厚度。当周期磁体内同极性下方的EMAT线圈导线电流呈现交错时，以同样的方式激励EMAT线圈，此时在被测非铁磁性材料表面产生了交错的洛伦兹力。在交错洛伦兹力的作用下，材料表面质点水平方向的振动得到加强，从而产生了沿被测非铁磁性金属材料表面传播的表面波，这种模式的超声波可以用来检测非铁磁性金属材料的表面缺陷。
综上所述，本发明实现了用同一种探头结构进行多种超声模式的激发，从而达到对不同类型缺陷的检测。该探头具有使用灵活、无需耦合介质并且可以非接触测量，非常适用于高温、高速和表面粗糙工件的检测等特点。
附图说明
图1为本发明优选实施例的总体结构示意图；
图2为本发明优选实施例中EMAT布置示意图；
图3为本发明优选实施例中工作状态1的示意图；
图4为本发明优选实施例中工作状态2的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。参照图1，本发明提供了一种可变结构的电磁超声探头，包括探头接口1、抗干扰屏蔽罩2、偏置磁场3、拨杆4，EMAT线圈5、连接导线7。偏置磁场3由周期磁体提供，所述周期磁体由4个等大小方型N42型汝铁硼拼接而成。
在本实施例中，EMAT线圈5由一个0.5mm厚的PCB板印制而成，线距S2=1.25mm，线宽为0.3mm。单个所述方型N42型汝铁硼下有2根导线；缠绕方式如图2所示。将EMAT线圈5置于周期磁体下方，并放置在抗干扰屏蔽罩2内。拨杆4套入滑动套中，同时滑动套与抗干扰屏蔽罩2通过机械紧固件相联接，保证了拨杆的自由滑动，其滑动位移量S2=1.25mm。
所述电磁波超声探头所激发的超声波由偏置磁场所处位置决定，既可以为表面波的模式也可以为体波的模式。本实施例中，方型N42型汝铁硼边长L按超声波为表面波的模式设计，选择高频脉冲频率f为1000KHz的激励信号，被检测对象为铝板6，表面波在该检测对象下的传播速度c约为5000m/s，故L=c/2f=2.5mm。
当周期磁体处于如图3所示的位置时，周期磁体内同极性下方的EMAT线圈5的导线电流同向，用连续有限个高频脉冲激励EAMT线圈5，在被测铝板6中会感应出涡流。该涡流受偏置磁场的作用，在被测非铁磁性金属材料表面产生同向洛伦兹力。在同向洛伦兹力的作用下，材料表面质点在垂直方向上的振动得到加强，并由此产生体波，从而可以检测出铝板6内部的缺陷及厚度。
拨动拨杆，使得周期磁体的相对位置如图4所示时，周期磁体内同极性下方的EMAT线圈导线电流反向，以同样的方式激励EMAT线圈5，此时在被测铝板6表面产生了交错的洛伦兹力。在交错洛伦兹力的作用下，铝板6表面质点水平方向的振动得到加强，从而产生了沿铝板6表面传播的表面波，从而可以用来检测铝板6的表面所存在的缺陷。
在本实施例中，为了减小被测表面对探头性能的影响，以及提高系统的信噪比，故将提离高度选定为1mm。
上述实施例并不应视为限制本发明的范围。本领域的技术人员在阅读并理解了前述详细说明的同时，可以进行修改和变化。具体的保护范围应以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种可变结构的电磁超声探头，包括：抗干扰屏蔽罩、探头接口、拨杆、偏置磁场和EMAT线圈；
所述抗干扰屏蔽罩覆盖于所述偏置磁场和所述EMAT线圈的外部；所述抗干扰屏蔽罩与所述探头接口机械连接，所述探头接口通过导线与所述EMAT线圈电气连接；所述探头接口用于接入外部激励信号；所述EMAT线圈用于激发超声信号；
所述偏置磁场由周期磁体提供，并置于所述EMAT线圈上方；
其特征在于，所述EMAT线圈采用折线形线圈结构，相邻导线之间的间距相同，且为S1；所述周期磁体可在所述EMAT线圈上方通过所述拨杆以位移量S2进行水平移动，所述S1＝S2；
所述导线满足：在接通电源后的任意时刻，除最边缘的两股导线以外，与其他任意一个导线左右相邻的两股导线，其中一股流经的电流与该两股导线之间的导线同向，而另一股与该两股导线之间的导线反向。
2.根据权利要求1所述的一种可变结构的电磁超声探头，其特征在于，所述抗干扰屏蔽罩的材料为非铁磁性金属材料。
3.根据权利要求1所述的一种可变结构的电磁超声探头，其特征在于，所述周期磁体采用至少两块结构及磁性相同的方形钕铁硼永磁体组成；所述方形钕铁硼永磁体按照磁极方向相反交错排列。
4.根据权利要求3所述的一种可变结构的电磁超声探头，其特征在于，所述方形钕铁硼永磁体的边长为L，且满足L＝C/2f，其中f为所述激发超声波信号的频率，c为超声波在被测的非铁磁性金属材料中的波速。
5.根据权利要求3所述的一种可变结构的电磁超声探头，其特征在于，所述方形钕铁硼永磁体的下方的导线数目相同。
6.根据权利要求5所述的一种可变结构的电磁超声探头，其特征在于，所述方形钕铁硼永磁体的下方的导线数目为2股。
7.根据权利要求4所述的一种可变结构的电磁超声探头，其特征在于，所述S1＝S2＝L/2。
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