CN106568847A - 一种任意频率的多线圈超声导波装置及其导波激励和接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种任意频率的多线圈超声导波装置及其导波激励和接收方法，用于金属板材及管件等的无损检测，包括多通道激励和接收电路装置、磁体、磁致伸缩带和多线圈组合。激励导波方法：一、确定发射多线圈组合排布方式；二、选择导波类型；三、计算被测试件内导波的频散曲线；四、选择导波模式及其工作点；五、计算各线圈的激励电流的相位差；六、依据步骤四的计算结果产生激励脉冲，发射超声导波。接收导波方法：一、确定接收多线圈组合排布方式；二、选择导波类型；三、计算被测试件内导波的频散曲线；四、选择导波类型、模式及其工作点；五、计算各线圈接收信号的相位差；六、将各线圈的接收信号移相并叠加。
Description
技术领域
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种任意频率的多线圈超声导波装置及其导波激励和接收方法，用于金属板材及管件等的无损检测。
背景技术
随着我国国民经济的高速发展，板材、管件等的需求量也逐步上升。但板材、管件等在生产和使用过程中，将产生夹杂、裂纹、腐蚀等缺陷，造成安全隐患。因此，对其进行定期的无损检测或长期的在线监测，不仅能够提高经济效益，而且能够避免事故的发生。
在众多无损检测技术中，非接触式的电磁超声换能器利用电磁感应的原理，能直接在金属材料表面激发超声波，并沿着特定方向传播，具有非接触、无需耦合的特点，能用于高温、粗糙表面和移动金属材料的内部缺陷检测；接触式的电磁超声换能器使用磁致伸缩系数较大的材料作为波源，结构简单、换能效率高，能够检测金属材料和非金属材料，适用于大型工业结构的快速扫查和在线监测。然而，电磁超声无损检测方法中，传统的电磁超声换能器工作频率单一，检测信号的幅值一般较弱。因此，对换能器进行优化设计，通过采用多线圈结构，提高工作频率范围、实现超声波方向和模式控制、增强检测信号幅值，对于提高检测质量，推动电磁超声检测技术的发展与应用具有重要意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种任意频率的多线圈超声导波装置及其导波激励和接收方法，该装置采用多个单线圈组合的结构，发射超声波时，根据单线圈的排列方式和导波的工作点，计算并调节各通道激励电流的相位差，能够激发任意类型、模式、频率的导波，并增强发射信号；接收超声导波时，根据单线圈的排列方式和超声导波的工作点，计算各接收信号的相位差，移相后进行叠加，能够接收任意类型、模式、频率的导波，并增强接收信号。从而，解决了现有超声导波装置换能效率低、换能器激励的导波类型、模式和工作频率单一的问题。
为解决上述技术问题，本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种任意频率的多线圈超声导波装置，包括多通道激励和接收电路装置、磁体、磁致伸缩带和多线圈组合，解决了现有超声导波装置换能效率低、换能器激励的导波类型、模式和工作频率单一的问题。
多线圈组合中用于发射超声波的每一个单线圈的一端连接多通道激励和接收电路装置中的一路发射电路，另一端接地；多线圈组合中用于接收超声波的每一个单线圈的一端连接多通道激励和接收电路装置中的一路接收电路，另一端接地。
采用非接触式检测方法检测板材或管道时，多线圈组合位于被测试件上方，磁体位于多线圈组合上方；采用接触式检测方法检测板材时或管道时，非预磁化的磁致伸缩带位于被测试件上方并贴于被测试件表面，多线圈组合位于非预磁化的磁致伸缩带上方，磁体位于多线圈组合上方；采用接触式检测方法检测板材时或管道时，预磁化的磁致伸缩带位于被测试件上方并贴于被测试件表面，多线圈组合位于预磁化的磁致伸缩带上方。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种任意频率的多线圈超声导波装置所述的多通道激励和接收电路装置包含多路发射和接收电路，发射电路能够产生任意频率和相位的激励电流。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种任意频率的多线圈超声导波装置所述的多线圈组合由多个以任意间距排列的单线圈组成，每个单线圈工作部分电流流向相同，或由多个以任意间距排列的导线组成。
作为本技术方案的进一步优化，本发明一种任意频率的多线圈超声导波装置所述的磁体为永磁体或电磁铁，磁致伸缩带为铁钴合金带。
应用上述的一种任意频率的多线圈超声导波装置进行导波激励，其特征在于，所述激励方法由如下步骤实现：
步骤一：多线圈组合中用于发射超声波的单线圈依次排序为1、2、3，…，n，其中第i个单线圈到第1个单线圈的间距为Li，其中i＝1～n；
步骤二：选择导波类型，根据所需导波的类型，确定磁体的放置方式或磁致伸缩带的预磁化方向，若产生板材中的Lamb波、管道中的纵向导波，则磁体或磁致伸缩带产生的静磁场方向与多线圈组合中用于发射超声波的单线圈产生的交变磁场方向相同，若产生板材中的SH波、管道中的扭转导波，则磁体和磁致伸缩带产生的静磁场方向与多线圈组合中用于发射超声波的单线圈产生的交变磁场方向垂直；
步骤三：根据被测试件类型计算导波的频散曲线，若被测试件为板材，使用数值解法求解板材中导波的特征方程，若被测试件为管道，使用数值解法求解管道中导波的特征方程；
步骤四：选择导波模式及其工作点，在步骤三所得的频散曲线中任意选择导波模式，在该模式导波对应的频散曲线上任意选择一个工作点，该工作点的横坐标为激发频率f、纵坐标为导波波速v，根据公式λ＝fv计算导波波长，λ为导波波长；
步骤五：确定多通道激励和接收电路装置激励多线圈组合中用于发射超声波的每个单线圈与第1个单线圈的激励电流的相位差，其中第i个单线圈与第1个单线圈的激励电流的相位差其中π为圆周率；
步骤六：采用多通道激励和接收电路装置同时激励多线圈组合中用于发射超声波的每一个单线圈，通过上位机设置激励电流的相位差，使第i个单线圈的激励电流的相位超前第一个单线圈激励电流的相位2πLi/λ，使n个单线圈激励的导波实现相长干涉，增强步骤三中选择的工作点对应的导波信号，完成导波信号激励。
步骤七：为了激发其他类型、模式、频率的导波，重复执行步骤二至步骤五。
应用上述的一种任意频率的多线圈超声导波装置进行导波接收，其特征在于，所述接收方法由如下步骤实现：
步骤一：多线圈组合中用于接收超声波的单线圈依次排序为1、2、3，…，m，其中第i个单线圈到第1个单线圈的间距为Ki，其中i＝1～m；
步骤二：选择导波类型，根据所需导波的类型，确定磁体(2)的放置方式或磁致伸缩带(3)的预磁化方向，若接收板材中的Lamb波、管道中的纵向导波，则磁体(2)或磁致伸缩带(3)产生的静磁场方向与多线圈组合(4)中用于接收超声波的单线圈垂直，且平行于被测试件(5)表面，若接收板材中的SH波、管道中的扭转导波，则磁体(2)和磁致伸缩带(3)产生的静磁场方向与多线圈组合(4)中用于接收超声波的单线圈方向相同；
步骤三：根据被测试件类型计算导波的频散曲线，若被测试件为板材，使用数值解法求解板材中导波的特征方程，若被测试件为管道，使用数值解法求解管道中导波的特征方程；
步骤四：选择导波模式及其工作点，在步骤三所得的频散曲线中任意选择导波模式，在该模式导波对应的频散曲线上任意选择一个工作点，该工作点的横坐标为激发频率f＇、纵坐标为导波波速v＇，根据公式λ＇＝f＇v＇计算导波波长，λ＇为导波波长；
步骤五：确定多线圈组合中用于接收超声波的每个单线圈接收信号与第1个单线圈接收信号的相位差，其中第i个单线圈接收信号与第1个单线圈接收信号的相位差为2πKi/λ＇，其中π为圆周率；
步骤六：按照步骤五的计算结果，将多线圈组合中用于接收超声波的的第i个单线圈接收信号的相位前移2πKi/λ＇，然后将各单线圈移相后的接收信号进行累加，使m个单线圈接收的导波信号实现相长干涉，增强步骤四中选择的工作点对应的导波接收信号，完成导波信号接收。
步骤七：为了接收其他类型、模式、频率的导波，重复执行步骤二至步骤六。
本发明一种任意频率的多线圈超声导波装置及其导波激励和接收方法的有益效果为：
本发明一种任意频率的多线圈超声导波装置及其导波激励和接收方法，该装置采用多个单线圈组合的结构，发射超声波时，根据单线圈的排列方式和导波的工作点，计算并调节各通道激励电流的相位差，能够激发任意类型、模式、频率的导波，并增强发射信号；接收超声导波时，根据单线圈的排列方式和超声导波的工作点，计算各接收信号的相位差，移相后进行叠加，能够接收任意类型、模式、频率的导波，并增强接收信号。从而，解决了现有超声导波装置换能效率低、换能器激励的导波类型、模式和工作频率单一的问题。
附图说明
图1为本发明一种任意频率的多线圈超声导波装置的结构示意图。
图2为多通道激励和接收电路装置的电路结构图。
图3为多线圈组合中线圈导线电流流向示意图。
图4为非接触式多线圈超声导波装置的结构示意图。
图5为磁体提供静磁场的超声导波装置的结构示意图。
图6为磁致伸缩带提供静磁场的超声导波装置的结构示意图。
图7为水平磁场非接触式多线圈超声导波装置的结构示意图。
图8为垂直磁场非接触式多线圈超声导波装置的结构示意图。
图9为垂直磁场接触式的超声导波装置的结构示意图。
图10为磁体提供水平磁场的接触式的超声导波装置的结构示意图。
图11为磁致伸缩带提供水平磁场的超声导波装置的结构示意图。
图12为管道中纵向导波超声导波装置的结构示意图。
图13为管道中扭转导波超声导波装置的结构示意图。
图14为具体案例中的多线圈组合按照位置示意图。
图15为被检测管道中扭转导波的频散曲线图。
图16为单线圈接收结果图。
图17为四线圈接收线圈1的结果图。
图18为四线圈接收叠加结果图。
图中：多通道激励和接收电路装置1；磁体2；磁致伸缩带3；多线圈组合4；被测试件5。
具体实施方式
本发明属于无损检测技术领域，具体涉及一种任意频率的多线圈超声导波装置，包括多通道激励和接收电路装置1、磁体2、磁致伸缩带3和多线圈组合4，解决了现有超声导波装置换能效率低、换能器激励的导波类型、模式和工作频率单一的问题。
本发明所述超声波和超声导波实际是同一个，仅仅是名称不一样。
结合图1-18具体说明：多线圈组合4中用于发射超声波的每一个单线圈的一端连接多通道激励和接收电路装置1中的一路发射电路，另一端接地；多线圈组合4中用于接收超声波的每一个单线圈的一端连接多通道激励和接收电路装置1中的一路接收电路，另一端接地；多线圈组合4中用于发射超声波的线圈和多线圈组合4中用于接收超声波的线圈均有多个。
采用非接触式检测方法检测板材或管道时，多线圈组合4位于被测试件5上方，磁体2位于多线圈组合4上方；采用接触式检测方法检测板材时或管道时，非预磁化的磁致伸缩带3位于被测试件5上方并贴于被测试件5表面，多线圈组合4位于非预磁化的磁致伸缩带3上方，磁体2位于多线圈组合4上方；采用接触式检测方法检测板材时或管道时，预磁化的磁致伸缩带3位于被测试件5上方并贴于被测试件5表面，多线圈组合4位于预磁化的磁致伸缩带3上方
多通道激励和接收电路装置1包含多路发射和接收电路，发射电路能够产生任意频率和相位的激励电流。多通道激励和接收电路装置1采用Innerspec Technologies Inc的Temate PowerBox 8型号的多通道激励和接收电路装置1。
磁体2为永磁体或电磁铁，磁致伸缩带3为铁钴合金带。
上位机与发射控制电路相连，发射超声导波时，通过上位机设置超声导波的频率和幅值，选择产生激励脉冲的电路通道序号，控制相应的正弦脉冲信号发生电路产生正弦形式的猝发脉冲，经功率放大电路放大后激励多线圈组合4中用于发射超声波的线圈产生超声导波，也就是多线圈组合4中用于发射超声波的每一个单线圈的一端连接多通道激励和接收电路装置1中的一路发射电路。超声导波经多线圈组合4中用于接收超声波的线圈接收时，接收线圈产生感应电动势。多线圈组合4中每一个接收线圈与多通道激励和接收电路装置1中的一路接收电路相连，经可控增益放大电路进行放大，经抗混叠滤波电路滤波后通过高速采集电路进行数据采集，然后在上位机显示检测结果。其中，上位机与多通道激励和接收电路装置1相连，能够选择参与工作的接收电路的通道序号、调节可控增益放大电路的增益、采样深度。
多线圈组合4由多个以任意间距排列的单线圈组成，每个单线圈工作部分电流流向相同，或由多个以任意间距排列的导线组成。多线圈组合4中的每个单线圈使用漆包线紧密绕制或PCB加工而成，按照任意间距排列，依次排序为1、2、3，…，n，其中第i个单线圈到第1个单线圈的间距为Li，其中i＝1～n。相邻导线中电流的流向相同，可等效为单根导线，能够激励和接收任意频率的超声波。
该任意频率的多线圈超声导波装置能够对被测试件5进行非接触式检测和接触式检测。被测试件5可以是金属板材及管件等。当进行非接触式检测时，不使用磁致伸缩带3，使被测试件5在静磁场和交变磁场的共同作用下产生超声导波。此外，多线圈组合4位于被测试件5的表面上方，并与被测试件5的表面保持一定的提离距离。提供静磁场的磁体2为永磁体或电磁铁，位于多线圈组合4的上方，并与多线圈组合4中的线圈保持一定的提离距离，静磁场方向由磁体N极指向S极。当进行接触式检测时，使用磁致伸缩带3，使磁致伸缩带3在静磁场和交变磁场的共同作用下产生超声导波。此外，磁致伸缩带3位于被测试件5的表面上方，并通过粘接或外加压力与被测试件5的表面紧密贴合，多线圈组合4位于磁致伸缩带3的上方，并与磁致伸缩带3的表面保持一定的提离距离。若使用磁体2提供静磁场，可使用永磁体或电磁铁，静磁场方向由磁体N极指向S极，磁体2位于多线圈组合4的上方，并与多线圈组合4中的线圈保持一定的提离距离。若使用预磁化的磁致伸缩带3提供静磁场，则无需使用磁体2，只需将与被测试件5紧密贴合的磁致伸缩带3磁化，磁场方向与磁致伸缩带3磁化方向相同。
上述一种任意频率的多线圈超声导波装置，通过改变静磁场方向能够激励和接收不同类型的超声导波。板材中的超声导波的类型有SH波、Lamb波，管道中的超声导波的类型有纵向导波、弯曲导波和扭转导波。
如图4-11所示，对金属板材进行检测时，磁体2或预磁化的磁致伸缩带3提供静磁场。其中，磁体2为永磁体或者电磁铁，静磁场方向由磁体N极指向S极；当使用预磁化的磁致伸缩带3提供静磁场时，静磁场方向与磁致伸缩带3预磁化方向相同。若静磁场方向与多线圈组合4中电流的流向平行，则在静磁场和多线圈组合4产生的交变磁场的共同作用下，被检测板材中将产生SH导波。若静磁场方向垂直于被测试件5的表面，则在静磁场和多线圈组合4产生的交变磁场的共同作用下，被检测板材中将产生Lamb波。若静磁场方向平行于被测试件5的表面但与多线圈组合4中电流流向垂直，则在静磁场和多线圈组合4产生的交变磁场的共同作用下，被检测板材中将产生Lamb波。
如图12、13所示，对金属管道进行检测时，磁体2或预磁化的磁致伸缩带3提供静磁场。其中，磁体2为永磁体或者电磁铁，静磁场方向由磁体N极指向S极；当使用预磁化的磁致伸缩带3带提供静磁场时，静磁场方向与磁致伸缩带3预磁化方向相同。若静磁场方向与多线圈组合4中电流流向平行，则在静磁场和多线圈组合4产生的交变磁场的共同作用下，被检测管道中将产生扭转导波。若静磁场方向与多线圈组合4中电流流向垂直，则在静磁场和多线圈组合4产生的交变磁场的共同作用下，被检测管道中将产生纵向导波。若静磁场方向与多线圈组合4中电流流向夹角介于0-90°，则在静磁场和多线圈组合4产生的交变磁场的共同作用下，被检测管道中将产生弯曲导波。
应用上述的一种任意频率的多线圈超声导波装置进行导波激励，其特征在于，所述激励方法由如下步骤实现：
步骤一：多线圈组合4中用于发射超声波的单线圈依次排序为1、2、3，…，n，其中第i个单线圈到第1个单线圈的间距为Li，其中i＝1～n；
步骤二：选择导波类型，根据所需导波的类型，确定磁体2的放置方式或磁致伸缩带3的预磁化方向，若产生板材中的Lamb波、管道中的纵向导波，则磁体2或磁致伸缩带3产生的静磁场方向与多线圈组合4中用于发射超声波的单线圈产生的交变磁场方向相同，若产生板材中的SH波、管道中的扭转导波，则磁体2和磁致伸缩带3产生的静磁场方向与多线圈组合4中用于发射超声波的单线圈产生的交变磁场方向垂直；
步骤三：根据被测试件5类型计算导波的频散曲线，若被测试件5为板材，使用数值解法求解板材中导波的特征方程，若被测试件5为管道，使用数值解法求解管道中导波的特征方程；
步骤四：选择导波模式及其工作点，在步骤三所得的频散曲线中任意选择导波模式，在该模式导波对应的频散曲线上任意选择一个工作点，该工作点的横坐标为激发频率f、纵坐标为导波波速v，根据公式λ＝fv计算导波波长，λ为导波波长；
步骤五：确定多通道激励和接收电路装置1激励多线圈组合4中用于发射超声波的每个单线圈与第1个单线圈的激励电流的相位差，其中第i个单线圈与第1个单线圈的激励电流的相位差其中π为圆周率；
步骤六：采用多通道激励和接收电路装置1同时激励多线圈组合4中用于发射超声波的每一个单线圈，通过上位机设置激励电流的相位差，使第i个单线圈的激励电流的相位超前第一个单线圈激励电流的相位2πLi/λ，使n个单线圈激励的导波实现相长干涉，增强步骤三中选择的工作点对应的导波信号，完成导波信号激励。
步骤七：为了激发其他类型、模式、频率的导波，重复执行步骤二至步骤五。
应用上述的一种任意频率的多线圈超声导波装置进行导波接收，其特征在于，所述接收方法由如下步骤实现：
步骤一：多线圈组合4中用于接收超声波的单线圈依次排序为1、2、3，…，m，其中第i个单线圈到第1个单线圈的间距为Ki，其中i＝1～m；
步骤二：选择导波类型，根据所需导波的类型，确定磁体(2)的放置方式或磁致伸缩带(3)的预磁化方向，若接收板材中的Lamb波、管道中的纵向导波，则磁体(2)或磁致伸缩带(3)产生的静磁场方向与多线圈组合(4)中用于接收超声波的单线圈垂直，且平行于被测试件(5)表面，若接收板材中的SH波、管道中的扭转导波，则磁体(2)和磁致伸缩带(3)产生的静磁场方向与多线圈组合(4)中用于接收超声波的单线圈方向相同；
步骤三：根据被测试件5类型计算导波的频散曲线，若被测试件5为板材，使用数值解法求解板材中导波的特征方程，若被测试件5为管道，使用数值解法求解管道中导波的特征方程；
步骤四：选择导波模式及其工作点，在步骤三所得的频散曲线中任意选择导波模式，在该模式导波对应的频散曲线上任意选择一个工作点，该工作点的横坐标为激发频率f＇、纵坐标为导波波速v＇，根据公式λ＇＝f＇v＇计算导波波长，λ＇为导波波长；
步骤五：确定多线圈组合4中用于接收超声波的每个单线圈接收信号与第1个单线圈接收信号的相位差，其中第i个单线圈接收信号与第1个单线圈接收信号的相位差为2πKi/λ＇，其中π为圆周率；
步骤六：按照步骤五的计算结果，将多线圈组合4中用于接收超声波的的第i个单线圈接收信号的相位前移2πKi/λ＇，然后将各单线圈移相后的接收信号进行累加，使m个单线圈接收的导波信号实现相长干涉，增强步骤四中选择的工作点对应的导波接收信号，完成导波信号接收。
步骤七：为了接收其他类型、模式、频率的导波，重复执行步骤二至步骤六。
和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明使用多线圈结构，每个单线圈工作部分电流流向相同，可以等效为单根导线，激励和接收任意频率的超声导波。此外，每个单线圈与多通道激励和接收电路装置中的一路发射电路或接收电路相连。发射超声波时，根据单线圈的排列方式和导波的工作点，计算并调节各通道激励电流的相位差，能够激发任意类型、模式、频率的导波，并增强发射信号；接收超声导波时，根据单线圈的排列方式和超声导波的工作点，计算各接收信号的相位差，移相后进行叠加，能够接收任意类型、模式、频率的导波，并增强接收信号。与传统电磁超声导波装置相比，该装置的性能明显提升。此外，该装置适用于管道、板材的接触式检测和非接触式检测，具有巨大的应用价值。
如图14所示，使用接触式测量方法激励T(0,1)导波，对外径108mm、壁厚3.5mm、长1.5m的钢管进行缺陷检测实验。将多线圈组合4安装在管道端面，距多线圈组合40.9m处有一截面损失率为3％的周向缺陷。激励脉冲为周期正弦信号，周波数为3，瞬时功率为2.5kW，采用单线圈结构产生256kHz的扭转导波。接收增益为35dB，采用四个单线圈组合对该扭转导波进行接收，将各单线圈接收的信号移相后进行叠加，增强接收信号的幅值。多线圈组合4中用于接收超声波的线圈可简称为接收换能器，多线圈组合4中用于发射超声波的线圈可简称为发射换能器。
具体实施步骤如下：
步骤一：安装多线圈组合4中用于接收超声波的线圈。多线圈组合4中用于接收超声波的线圈为四线圈结构，包含四个漆包线紧密绕制的单线圈，漆包线线径为0.12mm，每个线圈绕制匝数为20。将四个单线圈按照相邻线圈间距为4.4mm并排分布，每个单线圈与多通道激励和接收电路装置1中的一路接收电路相连。
步骤二：多线圈组合4中用于接收超声波的四线圈结构分别对多线圈组合4中用于发射超声波的线圈产生的信号进行接收。由于本次实验采用单线圈结构的发射换能器，因此各接收线圈只需接收一次超声信号。
步骤三：采用接触式检测方式，激励管道中的扭转导波。因此，使用环氧树脂将50mm宽、0.1mm厚的铁钴合金带粘接在管道外表面，长度小于管道外壁周长5～10mm。使用永磁体在铁钴合金带表面，沿铁钴合金带长度方向匀速滑动将其磁化，产生与线圈中电流流向平行的静磁场。
步骤四：根据管道类型计算扭转导波的频散曲线，如图15所示。选择超声导波的工作点。根据频散曲线可知，管道中T(0,1)导波的波速v为3100m/s，频率f为256kHz。
步骤五：计算各接收单线圈的接收信号的相位差。以接收线圈1为基准，接收线圈2、3、4距接收线圈1的距离分别为4.4mm、8.8mm和13.2mm。因此，接收线圈2、3、4接收到的回波信号与接收线圈1接收到的回波信号相位差分别为0.72、1.44、2.16(相位计算公式为)。将接收线圈2、3、4的接收信号按照步骤五的计算结果进行移相。
步骤六：将移相后的线圈1、2、3、4的接收信号进行叠加，结果如图18所示，线圈1接收信号如图17所示。
步骤七：采用传统的单线圈结构的接收换能器(采用60P排线制作，线圈结构为曲折线圈，工作频率为256kHz且仅能接收该频率的超声导波)重复上述实验，实验结果如图16所示。
上述结果表明，对于同种超声导波，在相同条件下，采用传统的单线圈结构的接收换能器进行接收时，缺陷回波信号幅值为0.3V；采用四线圈结构的接收换能器中的单线圈1进行接收时，缺陷回波信号幅值为0.18V；采用四线圈结构的接收换能器进行接收时，各接收单线圈的接收信号经过移相、叠加后，缺陷回波信号幅值为0.65V，回波信号明显增强。即采用任意频率的多线圈超声导波装置，对于任意频率和模式的超声导波，通过将接收传感器中各单线圈的接收信号移相、叠加，能够有效提高接收信号幅值。
Claims (6)
1.一种任意频率的多线圈超声导波装置，其特征在于：包括多通道激励和接收电路装置(1)、磁体(2)、磁致伸缩带(3)和多线圈组合(4)，多线圈组合(4)中用于发射超声波的每一个单线圈的一端连接多通道激励和接收电路装置(1)中的一路发射电路，另一端接地；多线圈组合(4)中用于接收超声波的每一个单线圈的一端连接多通道激励和接收电路装置(1)中的一路接收电路，另一端接地；
采用非接触式检测方法检测板材或管道时，多线圈组合(4)位于被测试件(5)上方，磁体(2)位于多线圈组合(4)上方；
采用接触式检测方法检测板材时或管道时，非预磁化的磁致伸缩带(3)位于被测试件(5)上方并贴于被测试件(5)表面，多线圈组合(4)位于非预磁化的磁致伸缩带(3)上方，磁体(2)位于多线圈组合(4)上方；
采用接触式检测方法检测板材时或管道时，预磁化的磁致伸缩带(3)位于被测试件(5)上方并贴于被测试件(5)表面，多线圈组合(4)位于预磁化的磁致伸缩带(3)上方。
2.根据权利要求1所述的一种任意频率的多线圈超声导波装置，其特征在于：多通道激励和接收电路装置(1)包含多路发射和接收电路，发射电路能够产生任意频率和相位的激励电流。
3.根据权利要求1所述的一种任意频率的多线圈超声导波装置，其特征在于：多线圈组合(4)由多个以任意间距排列的单线圈组成，每个单线圈工作部分电流流向相同，或由多个以任意间距排列的导线组成。
4.根据权利要求1所述的一种任意频率的多线圈超声导波装置，其特征在于：磁体(2)为永磁体或电磁铁，磁致伸缩带(3)为铁钴合金带。
5.应用如权利要求1所述的一种任意频率的多线圈超声导波装置进行导波激励，其特征在于，所述激励方法由如下步骤实现：
步骤一：多线圈组合(4)中用于发射超声波的单线圈依次排序为1、2、3，…，n，其中第i个单线圈到第1个单线圈的间距为Li，其中i＝1～n；
步骤二：选择导波类型，根据所需导波的类型，确定磁体(2)的放置方式或磁致伸缩带(3)的预磁化方向，若产生板材中的Lamb波、管道中的纵向导波，则磁体(2)或磁致伸缩带(3)产生的静磁场方向与多线圈组合(4)中用于发射超声波的单线圈产生的交变磁场方向相同，若产生板材中的SH波、管道中的扭转导波，则磁体(2)和磁致伸缩带(3)产生的静磁场方向与多线圈组合(4)中用于发射超声波的单线圈产生的交变磁场方向垂直；
步骤三：根据被测试件(5)类型计算导波的频散曲线，若被测试件(5)为板材，使用数值解法求解板材中导波的特征方程，若被测试件(5)为管道，使用数值解法求解管道中导波的特征方程；
步骤四：选择导波模式及其工作点，在步骤三所得的频散曲线中任意选择导波模式，在该模式导波对应的频散曲线上任意选择一个工作点，该工作点的横坐标为激发频率f、纵坐标为导波波速v，根据公式λ＝fv计算导波波长，λ为导波波长；
步骤五：确定多通道激励和接收电路装置(1)激励多线圈组合(4)中用于发射超声波的每个单线圈与第1个单线圈的激励电流的相位差，其中第i个单线圈与第1个单线圈的激励电流的相位差其中π为圆周率；
步骤六：采用多通道激励和接收电路装置(1)同时激励多线圈组合(4)中用于发射超声波的每一个单线圈，通过上位机设置激励电流的相位差，使第i个单线圈的激励电流的相位超前第一个单线圈激励电流的相位2πLi/λ，使n个单线圈激励的导波实现相长干涉，增强步骤三中选择的工作点对应的导波信号，完成导波信号激励。
步骤七：为了激发其他类型、模式、频率的导波，重复执行步骤二至步骤五。
6.应用如权利要求1所述的一种任意频率的多线圈超声导波装置进行导波接收，其特征在于，所述接收方法由如下步骤实现：
步骤一：多线圈组合(4)中用于接收超声波的单线圈依次排序为1、2、3，…，m，其中第i个单线圈到第1个单线圈的间距为Ki，其中i＝1～m；
步骤二：选择导波类型，根据所需导波的类型，确定磁体(2)的放置方式或磁致伸缩带(3)的预磁化方向，若接收板材中的Lamb波、管道中的纵向导波，则磁体(2)或磁致伸缩带(3)产生的静磁场方向与多线圈组合(4)中用于接收超声波的单线圈垂直，且平行于被测试件(5)表面，若接收板材中的SH波、管道中的扭转导波，则磁体(2)和磁致伸缩带(3)产生的静磁场方向与多线圈组合(4)中用于接收超声波的单线圈方向相同；
步骤三：根据被测试件(5)类型计算导波的频散曲线，若被测试件(5)为板材，使用数值解法求解板材中导波的特征方程，若被测试件(5)为管道，使用数值解法求解管道中导波的特征方程；
步骤四：选择导波模式及其工作点，在步骤三所得的频散曲线中任意选择导波模式，在该模式导波对应的频散曲线上任意选择一个工作点，该工作点的横坐标为激发频率f＇、纵坐标为导波波速v＇，根据公式λ＇＝f＇v＇计算导波波长，λ＇为导波波长；
步骤五：确定多线圈组合(4)中用于接收超声波的每个单线圈接收信号与第1个单线圈接收信号的相位差，其中第i个单线圈接收信号与第1个单线圈接收信号的相位差为2πKi/λ＇，其中π为圆周率；
步骤六：按照步骤五的计算结果，将多线圈组合(4)中用于接收超声波的的第i个单线圈接收信号的相位前移2πKi/λ＇，然后将各单线圈移相后的接收信号进行累加，使m个单线圈接收的导波信号实现相长干涉，增强步骤四中选择的工作点对应的导波接收信号，完成导波信号接收。
步骤七：为了接收其他类型、模式、频率的导波，重复执行步骤二至步骤六。
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