CN107607623B - 鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器，每片铁钴合金细条两端内嵌于齿状橡胶层的凹槽内，端压扣将齿状橡胶层和多片铁钴合金细条固定。铁钴合金细条的中间段旋涂固化的环氧树脂层，用于与被测微细管表面相接触。两个永磁圆环均由C型永磁铁拼合组成，两个永磁圆环以磁极相异方式布置于铁钴合金圆柱壳笼两端，并保持与铁钴合金圆柱壳笼同轴，对铁钴合金细条进行同向偏置磁化。柔性线圈缠绕于铁钴合金圆柱壳笼中间段，以线圈适配器进行电气连接，以激励或接收沿被测微细管长度方向的交变磁场，实现纵向模态导波的激励与接收。本发明可实现现场快速安装与拆卸，进行缺陷的磁致伸缩导波检测。

Description

鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器

技术领域

鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器是属于超声无损检测技术领域，用来在小直径微细管道或杆中激励并且接收纵向模态超声导波，实现缺陷等损伤的长距离检测。

背景技术

磁致伸缩超声导波技术可实现管道、钢索和储罐底板等波导结构中缺陷的长距离检测，已成为国内外广泛关注和深入研究的新型无损检测技术，具有广阔的工程应用前景。近几年，随着柔性高磁致伸缩系数合金带材的使用，在大直径管道和板上激励特定模态的超声导波较为容易。虽然磁致伸缩带材具有一定的柔性，但难以直接卷曲贴覆于小直径微细管或杆表面，用于激发超声导波。针对该问题，本发明提供了一种新型鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器，其特殊的铁钴合金圆柱壳笼设计，可以实现传感器在小直径微细管或杆表面的安装，进行长距离缺陷检测。

发明内容

本发明的目的是为了设计出一种适用于微小直径或杆等结构的鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器，以期实现有效激励和接收纵向模态超声导波。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

1.鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器，其特征在于，包括铁

钴合金圆柱壳笼、永磁圆环、柔性线圈及线圈适配器；其中，铁

钴合金圆柱壳笼的内表面旋涂固化的环氧树脂层，环氧树脂层与

被测微细管表面相接触；两个永磁圆环以磁极相异的方式布置于

铁钴合金圆柱壳笼两端，并保持与铁钴合金圆柱壳笼同轴，铁钴

合金圆柱壳笼由铁钴合金细条组成，对铁钴合金细条进行同向偏

置磁化；柔性线圈缠绕于铁钴合金圆柱壳笼的中间段，并与线圈

适配器进行电气连接，线圈适配器激励或接收沿被测微细管长度

方向的交变磁场，实现纵向模态导波的激励或接收。

铁钴合金圆柱壳笼由两个C型半环扣合而成，每个C型半环中包括两个齿状橡胶层、两个端压扣和多片铁钴合金细条，每片铁钴合金细条两端内嵌于齿状橡胶层的凹槽内，端压扣将齿状橡胶层和多片铁钴合金细条固定，铁钴合金细条的中间段旋涂固化的环氧树脂层。

被测微细管或为被测微细杆。

本发明可以获得如下有益效果：

1、采用了环形永磁铁，可提供稳定的静磁场，对铁钴合金条进行偏置磁化，确保铁钴合金条具有较高的磁致伸缩系数，增加其超声导波激励效率。

2、采用了半圆柱壳形状的检测元件以及排线式线圈，便于传感器的快速安装与拆卸，通过添加载荷使传感器与管道等结构形成良好的耦合，提高超声导波传递效率。

附图说明

图1传感器的整体示意图；

图2传感器的工作原理示意图；

图3检测单元示意图；

图4检测单元截面示意图；

图5微细管端面回波检测实验装置示意图；

图6微细管的端面回波信号。

图中：1-齿状橡胶层2-端压扣3-微细管4-柔性线圈5-C型永磁铁6-线圈适配器7-夹子8-铁钴合金细条9-环氧树脂层

具体实施方式

依据以上发明内容，鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器可提供以下实施方式。

在耦合剂的选择上：(1)通过环氧树脂将传感器粘贴在管道表面上，可以进行长期的有效监测；(2)也可选择干耦合方式，利用柔性线圈和夹子的作用，调整传感器与管道间的压力。

下图结合附图和以上实施方式对于本发明做进一步的说明，且下面提供的具体实施实例只是描述性，不是限定性，不能以此来限定本发明的保护范围。

如图1为鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器组装示意图。图3、图4为鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器的检测单元示意图。鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器主要包括铁钴合金圆柱壳笼、永磁圆环、柔性线圈4及线圈适配器6等。铁钴合金圆柱壳笼由两个C型半环扣合而成，单个C型半环中包括两个齿状橡胶层1、两个端压扣2和多片铁钴合金细条8。在管(或杆)3上进行缺陷检测时，只需要将两个C型半环扣合在管(或杆)3上，之后将柔性线圈4缠绕于铁钴合金圆柱壳笼中间段，以线圈适配器6进行电气连接，实现纵向模态超声导波的激励与接收。

传感器安装于内径7mm、外径10mm、长1000mm的钢管端部，如图5所示。传感器在管道中激励产生中心频率为120kHz的超声导波，导波将沿着管道两侧传播。传感器接收的时域信号波形如图6所示，接收了10次明显的端面反射波包信号，代表导波在管道中传播了20米。

依据图5所示的超声导波在管道中的传播路径分析结果可知，图6中标记为“T1”的波包信号为端面反射回波的信号。依据信号“T1”的传播距离△l＝2m和传播时间△t＝0.395ms，计算得到超声导波的群速度约为5063m/s。这与理论计算得到的钢管中L(0,1)模态的群速度V_g＝5185m/s基本一致，表明传感器所激励的超声导波为L(0,1)模态。导波在管道中传播经过20m后的反射回波信号仍具有较高的信噪比，说明本发明所提供的传感器能够有效工作且能实现较远距离的检测。

Claims (2)

1.鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器，其特征在于，包括铁钴合金圆柱壳笼、永磁圆环、柔性线圈及线圈适配器；其中，铁钴合金圆柱壳笼的内表面旋涂固化的环氧树脂层，环氧树脂层与被测微细管表面相接触；两个永磁圆环以磁极相异的方式布置于铁钴合金圆柱壳笼两端，并保持与铁钴合金圆柱壳笼同轴，铁钴合金圆柱壳笼由铁钴合金细条组成，对铁钴合金细条进行同向偏置磁化；柔性线圈缠绕于铁钴合金圆柱壳笼的中间段，并与线圈适配器进行电气连接，线圈适配器激励或接收沿被测微细管长度方向的交变磁场，实现纵向模态导波的激励或接收；

铁钴合金圆柱壳笼由两个C型半环扣合而成，每个C型半环中包括两个齿状橡胶层、两个端压扣和多片铁钴合金细条，每片铁钴合金细条两端内嵌于齿状橡胶层的凹槽内，端压扣将齿状橡胶层和多片铁钴合金细条固定，铁钴合金细条的中间段旋涂固化的环氧树脂层。

2.根据权利要求1所述的鼠笼式磁致伸缩纵向模态导波检测传感器，其特征在于，被测微细管替换为被测微细杆。

Images