CN105628786A - 一种电磁超声探头 - Google Patents

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Abstract

一种电磁超声探头，一种电磁超声探头，包括外壳，信号处理模块，磁铁，磁体下部的线圈，线圈的圈心空间中有滚珠机构，滚珠机构包括滚珠，约束环、固定柱；滚珠限位在约束环中滚动，所述的约束环被固定柱限定在线圈的圈心空间中。使电磁超声探头与工件之间的提离距离能够通过滚珠突出于探头底部的长短进行调制，并在检测过程中无论工件表面是曲面还是平面提离距离都能维持稳定。实现电磁超声探头与工件表面是点接触，使得电磁超声探头的磁吸力对于移动的影响变小，探头移动更为顺畅。

Description

一种电磁超声探头
技术领域
本发明涉及工业测量技术领域，尤其涉及一种电磁超声探头。
技术背景
电磁超声（EMAT）无损检测技术区别于压电传感器，由于其不需要耦合剂，不需要对工件表面进行处理和接触，就可以对工件的表内裂纹、厚度进行检测，因此是工业设备可靠性和安全性检测的重要设备。
但是传统的电磁超声探头利用磁性较强的永久磁铁产生激励磁场，因而即使在非工作状态，探头对铁磁工件仍然具有较强的磁吸附力，这导致检测人员将探头放置在工件表面时必须小心翼翼，并且由于需要保证电磁超声探头在检测时需要有一定的提离距离（探头底部距离工件表面的距离）。故现有技术往往是通过成对的滑轮组件做为探头在工件表面探测的移动小车，通过滑轮的轮高来实现提离距离，类似于这种结构的电磁超声探头，缺点有：1、电磁超声探头体积较大；2、由于磁吸附力，滑轮与工件表面的面接触产生滑动阻力依旧很大，移动不便；3、由于滑轮是在离探头实际探测面有一定距离的两侧，故轮高支撑下的提离距离与探测头与工件表面的实际距离不一致，或会出现波动，使得磁体下方的线圈传回的数据不准确，影响检测精度。
此外，现有的电磁超声探头的永磁铁是单级或是反向多级排列型，但无论何种永磁铁，数量上的改变都是为了提高待测工件的磁化强度，但是根本上没法解决磁力线散射的问题，随着电磁超声探头与待测工件提离距离的提高，只要是毫米的变化，磁化强度就成指数递减，并且实验证明待测工件上的磁力波纹成环状散射，环中心和环外侧磁化最弱，因此如何聚集磁力线，是待测工件的磁化强度提高是亟待解决的技术问题。
由于磁化水平影响检测效果，现有技术中往往通过辅助检测手段进行叠加判断裂纹或是厚度，比如CN103353479A提到的电磁超声纵向导波与漏磁检测复合的检测方法。但无论在电磁超声检测的技术上叠加何种辅助手段，或是现有技术中表明的电磁超声探头的结构设计，都是运用于平面或是管状结构的元件检测，对于不规整的曲面结构的工件，由于无法控制电磁超声探头与曲面的提离距离，故电磁超声探头的使用受局限很大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：设计一种能在各种表面保证电磁超声探头提离距离，且移动顺畅，并能聚集磁力线从而提高工件磁化效果，使无损检测效果更加准确的电磁超声探头。
为了解决上述技术问题，本发明设计的一种电磁超声探头，包括外壳，信号处理模块，磁铁，磁体下部的线圈，线圈的圈心空间中有滚珠机构，滚珠机构包括滚珠，约束环、固定柱；滚珠限位在约束环中滚动，所述的约束环被固定柱限定在线圈的圈心空间中。
作为一种优选：约束环上有垂直齿条，所述的垂直齿条与固定柱滑动连接，所述的垂直齿条通过与之咬合的齿轮被外壳处的调整螺母转动后在固定柱上移动。
作为一种优选：滚珠是由硅钢片制成的半圆壳组成整圆后层叠组成，且每片硅钢片表面涂有绝缘层。
作为一种优选：线圈是圆形或方形或蝶形。
作为一种优选：滚珠机构的数量与线圈数量相同。
作为一种优选：滚珠中心有霍尔元件。
本发明有益效果：
1、线圈的圈心空间中有滚珠机构，使电磁超声探头与工件之间的提离距离能够通过滚珠突出于探头底部的长短进行调制，并在检测过程中无论工件表面是曲面还是平面提离距离都能维持稳定。
2、滚珠机构实现电磁超声探头与工件表面是点接触，使得电磁超声探头的磁吸力对于移动的影响变小，探头移动更为顺畅。
3、滚珠是由硅钢片制成的半圆壳组成整圆后层叠组成，且每片硅钢片表面涂有绝缘层，能够使永磁体的磁力线在中心收拢聚集，更密集的穿过线圈，提高检测工件的磁化率，使检测效果更加明显。
4、滚珠中心可以有霍尔元件，这样就可以实现电磁超声纵向导波与漏磁检测复合的检测方法。
附图说明
附图1：本发明的一种电磁超声探头的结构示意图。
附图2：本发明中一种硅钢片制成的滚珠示意图。
附图3：本发明中一种带内置霍尔元件的滚珠示意图。
附图4：本发明的一种带硅钢片制成的滚珠的探头磁力线示意图。
具体实施方式
如图1所示的一种电磁超声探头，包括外壳1，外壳1上端安装有信号处理模块2，内部有磁铁3，磁体3下部有线圈6，线圈6的圈心空间中有滚珠机构，滚珠机构包括滚珠7，约束环5、滚珠7限位在约束环5中滚动，固定柱41和42固定在隔板4下部；约束环5被固定柱41和42限定在线圈6的圈心空间中。如果不加高度调节部分，则滚珠凸出于探头下部的长度就是线圈6与待测工件之间的提离距离。但本实施例提出的优化设计是在约束环5上有垂直齿条50和51，垂直齿条50和51分别与固定柱41和42滑动连接，齿轮52和53分别与垂直齿条50和51咬合，齿轮52和53分别被外壳1处的调整螺母54和55转动后，实现垂直齿条在固定柱上移动。这样能使电磁超声探头与工件之间的提离距离能够通过滚珠突出于探头底部的长短进行调制，由于滚珠机构实现电磁超声探头与工件表面是点接触，使得电磁超声探头的磁吸力对于移动的影响变小，探头移动更为顺畅，更为意想不到的点接触的效果是该电磁超声探头在检测过程中无论工件表面是曲面还是平面提离距离都能维持稳定。
当然线圈6是圆形或方形或蝶形，有些技术文献中也称跑道型或是折型等，但毕竟线圈总会有空心区域，我们就可以在这些空心区域设置滚珠机构，使得滚珠的数量与线圈数量相同，这样即使是相控阵的电磁超声探头，也能使用该技术方案，并且滚珠的数量越多就能使整个电磁超声探头在移动时更加顺畅。
进一步的：为了能够使永磁体的磁力线在中心收拢聚集，更密集的穿过线圈，提高检测工件的磁化率，使检测效果更加明显。滚珠是被磁化的，或是如图2所示：由硅钢片制成的半圆壳70、71……7N组成整圆后层叠组成，且每片硅钢片表面涂有绝缘层。使得原本磁铁的磁化率不仅提高还得到增强。如图4所示：被测工件10与滚珠接触的位置是电磁超声探头的中心位置，原本在任何技术文献可知的普通永磁铁两级的磁力线散射的问题，被滚珠所聚集，检测工件的磁化率显著提高。
图4介绍了另一种滚珠的结构，滚珠7是不可磁化的材料制成，在约束环5中通过转轴56前后转动，中心空腔8有霍尔元件9，霍尔元件9的信号线从转轴56中穿过。通过霍尔元件9可以实现CN103353479A提到的电磁超声纵向导波与漏磁检测复合的检测方法。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (6)

1.一种电磁超声探头，包括外壳，信号处理模块，磁铁，磁体下部的线圈，其特征在于：所述线圈的圈心空间中有滚珠机构，所述的滚珠机构包括滚珠，约束环、固定柱；所述的滚珠限位在约束环中滚动，所述的约束环被固定柱限定在线圈的圈心空间中。
2.根据权利要求1所述的一种电磁超声探头，其特征在于：所述的约束环上有垂直齿条，所述的垂直齿条与固定柱滑动连接，所述的垂直齿条通过与之咬合的齿轮被外壳处的调整螺母转动后在固定柱上移动。
3.根据权利要求1所述的一种电磁超声探头，其特征在于：所述的滚珠是由硅钢片压制成的半圆壳组成整圆后层叠组成，且每片硅钢片表面涂有绝缘层。
4.根据权利要求1所述的一种电磁超声探头，其特征在于：所述的线圈是圆形或方形或蝶形。
5.根据权利要求1或4所述的一种电磁超声探头，其特征在于：所述滚珠机构的数量与线圈数量相同。
6.根据权利要求1所述的一种电磁超声探头，其特征在于：所述的滚珠中心有霍尔元件。
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