CN103969340A - 一种全周径向励磁电磁超声换能器 - Google Patents
一种全周径向励磁电磁超声换能器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种全周径向励磁电磁超声换能器，主要用于非铁磁性金属管件的电磁超声检测；包括N极相对放置的第一条形磁铁和第二条形磁铁，放置于第一条形磁铁和第二条形磁铁间用于保持二者间距的非金属填充物，所述第一条形磁铁和第二条形磁铁的对称轴重合，非金属外壳将第一条形磁铁、第二条形磁铁和非金属填充物固定在其内，在所述非金属外壳外、沿其长度方向的中心处周向包覆有柔性螺旋线圈阵列；检测时，仅需将全周径向励磁电磁超声换能器置于非铁磁性金属管件内部，轴向拉动换能器，即可实现对待测非铁磁性金属管件各轴向位置的全周电磁超声检测；具有结构简单、使用便捷、有效提升检测效率、分辨率和精度等特点，具有重要的工程应用价值。
Description
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，涉及一种全周径向励磁电磁超声换能器，用于非铁磁性金属管件检测。
背景技术
电磁超声检测以其在检测时电磁超声换能器无需与待测金属构件接触、无需耦合剂，可用于高温、有隔离层等特殊工况的优势在无损检测技术领域逐渐得到重视和应用。作为电磁超声检测系统中的核心部件，电磁超声换能器主要负责激发和拾取超声波信号。
目前，应用于平板金属结构电磁超声检测的电磁超声换能器无法直接应用于金属管件的电磁超声检测，其最大的问题在于对金属管件进行全周径向励磁存在难度，改进的电磁超声换能器仅可通过激发超声Lamb波等导波方式实现对金属管件的电磁超声检测，然而采用导波方式对金属管件实施电磁超声检测存在检测系统复杂、信号频散大、信噪比低等问题。为实现基于超声横波的金属管件电磁超声检测，对金属管件实施全周径向励磁的传统方法是在管件内部周向布置一圈永磁体，这种方法难以实现金属管件内部静磁场的均匀分布，造成检测效率低、分辨率低、精度差。传统金属管件类电磁超声换能器结构相对复杂，应用于小管径金属管件存在难度。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供提出一种全周径向励磁电磁超声换能器，具有结构简单、使用便捷、有效提升检测效率、分辨率和精度等特点，具有重要的工程应用价值。
本发明采用如下技术方案：
一种全周径向励磁电磁超声换能器，包括N极相对放置的第一条形磁铁1和第二条形磁铁2，放置于第一条形磁铁1和第二条形磁铁2间用于保持二者间距的非金属填充物3，所述第一条形磁铁1和第二条形磁铁2的对称轴重合，非金属外壳4将第一条形磁铁1、第二条形磁铁2和非金属填充物3固定在其内，在所述非金属外壳4外、沿其长度方向的中心处周向包覆有柔性螺旋线圈阵列5。
所述柔性螺旋线圈阵列5由柔性基底5-1和平行排列并粘贴在柔性基底5-1上的柔性螺旋线圈5-2组成，测试时，将柔性螺旋线圈5-2紧贴待测非铁磁性金属管件内壁。
所述第一条形磁铁1和第二条形磁铁2连线中垂面上的叠加磁场方向垂直入射于柔性螺旋线圈5-2及待测非铁磁性金属管件内壁。
所述非金属外壳4包括非金属壳体4-1，在非金属壳体4-1靠近两端部的位置各设置多个使非金属外壳4周向距离可调的滑进装置4-2，所述滑进装置4-2由在非金属壳体内凹处固定的弹簧4-2-1和固定在弹簧4-2-1另一端的钢珠4-2-2组成。
所述在非金属壳体4-1靠近两端部的位置各设置4个滑进装置4-2，且沿周向均匀布置。
所述非金属外壳4的两端成便于进入待测非铁磁性金属管件的倒角。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明将两个条形磁铁N极相对放置，位于条形磁铁连线中垂面上的叠加磁场垂直于管壁向外，实现了非铁磁性金属管件全周径向励磁，且保证了金属管件内部静磁场的均匀分布；在对非铁磁性金属管件实施电磁超声检测时，该电磁超声换能器放置于管件内，其特殊壳体结构，特别是设计的滑进装置可使换能器有效进入待测非铁磁性金属管件并在管件内部轴向滑进，对非圆管件同样适用。该电磁超声换能器结构简单，使用便捷，检测时，仅需将全周径向励磁电磁超声换能器置于非铁磁性金属管件内部，轴向拉动换能器，即可实现对待测非铁磁性金属管件各轴向位置的全周电磁超声检测。全周径向励磁电磁超声换能器所激发的超声波为横波，没有频散，信号纯净，针对非铁磁性金属管件缺陷，具有较高的检测效率、分辨率和准确率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的侧视图。
图3是柔性螺旋线圈阵列的结构示意图。
图4是高强度非金属外壳的结构示意图。
图5是图4的剖面图。
图6是实验系统的结构示意图。
图7是应用本发明对托卡马克偏滤器换热铜管内部体缺陷(长×宽×深为2mm×2mm×0.2mm)的电磁超声检测结果，其中：图7a为单个柔性螺旋线圈接收的超声波信号，图7b为缺陷扫查的B-Scan图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细阐述。
如图1和图2所示，本发明一种全周径向励磁电磁超声换能器，包括N极相对放置的第一条形磁铁1和第二条形磁铁2，放置于第一条形磁铁1和第二条形磁铁2间用于保持二者间距的非金属填充物3，所述第一条形磁铁1和第二条形磁铁2的对称轴重合，非金属外壳4将第一条形磁铁1、第二条形磁铁2和非金属填充物3固定在其内，在所述非金属外壳4外、沿其长度方向的的中心处周向包覆有柔性螺旋线圈阵列5，实现非铁磁性金属管件各轴向位置的全周电磁超声检测。
如图3所示，柔性螺旋线圈阵列5由柔性基底5-1和平行排列并粘贴在柔性基底5-1上的柔性螺旋线圈5-2组成，测试时，尽量将柔性螺旋线圈5-2紧贴待测非铁磁性金属管件内壁，减小柔性螺旋线圈阵列5与待测非铁磁性金属管件内壁的径向距离。
作为本发明的优选实施方式，所述第一条形磁铁1和第二条形磁铁2连线中垂面上的叠加磁场方向垂直入射于柔性螺旋线圈5-2及待测非铁磁性金属管件内壁。这样，第一条形磁铁1和第二条形磁铁2连线中垂面上的叠加磁场可对待测非铁磁性金属管件进行全周径向励磁，保证了金属管件内部静磁场的均匀分布。
如图4和图5所示，作为本发明的优选实施方案：所述非金属外壳4包括非金属壳体4-1，在非金属壳体4-1靠近两端部的位置各设置多个使非金属外壳4周向距离可调的滑进装置4-2，所述滑进装置4-2由在非金属壳体内凹处固定的弹簧4-2-1和固定在弹簧4-2-1另一端的钢珠4-2-2组成。本实施例在非金属壳体4-1靠近两端部的位置各设置4个滑进装置4-2，且沿周向均匀布置。
作为本发明的优选实施方案：所述非金属外壳4的两端成便于进入待测非铁磁性金属管件的倒角。
如图6所示，本发明全周径向励磁电磁超声换能器应用的实验系统包括依次连接的信号发生器、功率放大器、阻抗匹配电路、全周径向励磁电磁超声换能器、滤波器、放大器和多通道示波器。信号发生器产生高频脉冲信号，该信号经功率放大器和阻抗匹配电路处理后，用以驱动柔性螺旋线圈阵列的各柔性螺旋线圈，使之在待测非铁磁性金属管件内激发涡流。待测非铁磁性金属管件内全周径向均匀分布的静磁场作用于所激发的涡流，产生洛伦兹力，进而在待测非铁磁性金属管件内中产生超声横波，此超声波遇到管件缺陷发生反射，反射波被柔性螺旋线圈拾取，其信号经过放大滤波后输入多通道示波器进行信号显示、数据记录和分析，从而完成待测非铁磁性金属管件某一轴向位置的全周电磁超声检测。拉动全周径向励磁电磁超声换能器，重复上述步骤，即可实现待测非铁磁性金属管件各轴向位置的全周电磁超声检测。
实施例：
托卡马克偏滤器是核聚变反应堆的重要组成部分，其结构由内层CuCrZr换热铜管、中间过渡纯铜层以及外部钨块构成，采用热等压焊接连接为一体。但由于加工工艺不稳定等因素，托卡马克偏滤器换热铜管内部易出现体缺陷。利用本发明所述的全周径向励磁电磁超声换能器对托卡马克偏滤器换热铜管内部典型体缺陷(长×宽×深为2mm×2mm×0.2mm)进行电磁超声检测，检测时，将本发明所述的全周径向励磁电磁超声换能器置于非换热铜管内，轴向拉动换能器，对该缺陷进行轴向扫查，检测结果如图7所示，其中，图a为单个柔性螺旋线圈接收的超声波信号，图b为缺陷扫查的B-Scan图。
从图中可见，缺陷回波非常明显。与实际缺陷情况对比后发现，采用本发明所述的全周径向励磁电磁超声换能器可对托卡马克偏滤器换热铜管实施有效的电磁超声检测，可有效检出托卡马克偏滤器换热铜管内部典型体缺陷，可见本发明所述的全周径向励磁电磁超声换能器能有效检出非铁磁性金属管件内部缺陷，检测效率高、分辨率高、精度高。
Claims (6)
1.一种全周径向励磁电磁超声换能器，其特征在于：包括N极相对放置的第一条形磁铁(1)和第二条形磁铁(2)，放置于第一条形磁铁(1)和第二条形磁铁(2)间用于保持二者间距的非金属填充物(3)，所述第一条形磁铁(1)和第二条形磁铁(2)的对称轴重合，非金属外壳(4)将第一条形磁铁(1)、第二条形磁铁(2)和非金属填充物(3)固定在其内，在所述非金属外壳(4)外、沿其长度方向的中心处周向包覆有柔性螺旋线圈阵列(5)。
2.根据权利要求1所述的一种全周径向励磁电磁超声换能器，其特征在于：所述柔性螺旋线圈阵列(5)由柔性基底(5-1)和平行排列并粘贴在柔性基底(5-1)上的柔性螺旋线圈(5-2)组成，测试时，将柔性螺旋线圈(5-2)紧贴待测非铁磁性金属管件内壁。
3.根据权利要求2所述的一种全周径向励磁电磁超声换能器，其特征在于：所述第一条形磁铁(1)和第二条形磁铁(2)连线中垂面上的叠加磁场方向垂直入射于柔性螺旋线圈(5-2)及待测非铁磁性金属管件内壁。
4.根据权利要求1所述的一种全周径向励磁电磁超声换能器，其特征在于：所述非金属外壳(4)包括非金属壳体(4-1)，在非金属壳体(4-1)靠近两端部的位置各设置多个使非金属外壳(4)周向距离可调的滑进装置(4-2)，所述滑进装置(4-2)由在非金属壳体内凹处固定的弹簧(4-2-1)和固定在弹簧(4-2-1)另一端的钢珠(4-2-2)组成。
5.根据权利要求4所述的一种全周径向励磁电磁超声换能器，其特征在于：所述在非金属壳体(4-1)靠近两端部的位置各设置4个滑进装置(4-2)，且沿周向均匀布置。
6.根据权利要求1所述的一种全周径向励磁电磁超声换能器，其特征在于：所述非金属外壳(4)的两端成便于进入待测非铁磁性金属管件的倒角。
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