CN111515110B - 一种子域叠加结构的电磁超声换能器 - Google Patents

一种子域叠加结构的电磁超声换能器 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：包括换能器和被测金属试件，换能器是由偏置磁场模块和激励线圈模块组成，偏置磁场模块是由上壳体、水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁组成，激励线圈模块是由水平激励线圈、L向激励线圈、R向激励线圈和下壳体组成；整个设备结构简单，采用三组磁场子域叠加结构形式，减少脉冲电磁场带来的低信噪比的干扰，提供更大的磁场，提高了换能效率，进而保证了检测精度，同时确保了检测操作的便利性，降低换能损耗以及对操作人员造成伤害的潜在风险，更加安全可靠。

Description

一种子域叠加结构的电磁超声换能器
技术领域
本发明涉及电磁超声检测技术领域，尤其涉及一种子域叠加结构的电磁超声换能器。
背景技术
金属管道作为基础工业中的重要组成部分，是石油、化工、电力、船舶、核工业的工业保障，对于国计民生相关的领域具有重要意义；而在实际使用过程中，由于严峻的工况环境，比如腐蚀性介质、冲刷、疲劳、蠕变等原因，导致管道失效，同时带来较为严重的极为严重的失效后果，往往还会带来人员及财产损失。管道在服役期间由于恶劣工况导致减薄是管道失效的主要形式之一，因此采取并寻求可靠的无损检测方式对保障工业金属管道的安全运行具有极为重要的意义。
电磁超声技术在近年快速发展并得到极大重视，其具有无需耦合、快速检测、具有一定提离值等诸多优点，具有极佳的应用前景；而电磁超声换能器是电磁超声检测技术的关键核心部件，其性能直接决定了电磁超声检测效果及精度。电磁超声换能器由偏置磁场以及激励线圈两部分组成，作用在被测试件表面，在集肤深度产生超声信号。其中偏执磁场一般使用永久磁铁或者电磁铁，电磁铁又可分成直流电磁铁、交流电磁铁以及脉冲电磁铁。
永久磁铁在实际检测过程中往往由于吸合力较大，人员操作困难还存在一定事故风险。电磁铁相比而言操作简单，但是直流电磁铁的磁化效率低下，若想获得同等效果需要更大铁芯同时缠绕更多匝数线圈，导致电磁超声换能器体积过大；而交流电磁铁由于电流大小和方向的瞬变，导致其无法提供稳定的偏置磁场，降低了信噪比；脉冲电磁铁由于电流瞬间激励，偏置磁场对被测试件表面的激发效果有限因此也较少应用。
如何综合上述各技术优点，并能针对性的设计可匹配的激励线圈，对于该技术的应用推广，乃至保障金属管道的检测实施都具有重要的工程意义。
发明内容
本发明的目的是提供了一种采用三组磁场子域叠加结构形式，减少脉冲电磁场带来的低信噪比的干扰，提供更大的磁场，进而提高了换能效率，保证了检测精度，同时确保了检测操作的便利性，降低换能损耗以及对操作人员造成伤害的潜在风险，更加安全可靠的电磁超声换能装置。
本发明的技术方案为：一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：包括换能器和被测金属试件，所述被测金属试件位于换能器的下部，所述被测金属试件与换能器为活动连接，所述换能器是由偏置磁场模块和激励线圈模块组成，所述偏置磁场模块位于激励线圈模块的上部，所述偏置磁场模块与激励线圈模块为固定连接，所述偏置磁场模块是由上壳体、水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁组成，所述水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁分别为独立的电磁线圈结构，并且所述水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁全部位于上壳体的内部，所述水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁均与上壳体为固定连接，并且所述水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁利用导线与外部电源连接，所述激励线圈模块是由水平激励线圈、L向激励线圈、R向激励线圈和下壳体组成，所述水平激励线圈、L向激励线圈、R向激励线圈全部位于下壳体的内部，并且所述水平激励线圈位于L向激励线圈、R向激励线圈的下部，所述L向激励线圈、R向激励线圈分别位于激励线圈模块内侧靠近上部的位置处，所述L向激励线圈位于靠近一级L向子域脉冲电磁铁的激励线圈模块内部的一侧，所述R向激励线圈位于靠近一级R向子域脉冲电磁铁的激励线圈模块内部的一侧，所述水平激励线圈、L向激励线圈、R向激励线圈均与下壳体为固定连接。
进一步，所述偏置磁场模块为V型凸块结构，所述激励线圈模块为V型凹槽结构。
进一步，所述的水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁的铁芯均为硅钢材质。
进一步，所述水平直流电磁铁的缠绕导线为普通金属材质，所述一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁的缠绕导线为Gd-Co合金材质。
进一步，所述水平激励线圈、L向激励线圈、R向激励线圈全部是由双层螺旋线圈组成，所述双层螺旋线圈为水平平行排列结构，所述双层螺旋线圈与下壳体为固定连接。
进一步，所述双层螺旋线圈的每一根导线是由多股组合导线组成，所述多股组合导线为水平平行排列结构，所述多股组合导线与下壳体为固定连接。
进一步，所述多股组合导线的导线匝间距小于1.5mm。
进一步，所述多股组合导线导线数量的区间为3～6股，每一股导线直径小于0.02mm，每股间距小于0.035mm。
工作方式：所述水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁利用导线与外部电源连接，外部电源分别提供直流电或者脉冲电流，然后使用树脂灌注入上壳体内进行固定；
当换能器整体通电后，所述水平直流电磁铁产生垂直向下的偏置磁场，所述一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉电磁铁产生左侧方向下的偏置磁场，所述一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁产生右侧方向下的偏置磁场；
所述水平激励线圈主要受水平直流电磁铁偏置磁场作用，同时受到一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁等偏置磁场作用；
所述的L向激励线圈主要受一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁偏置磁场作用，同时受到水平直流电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁等偏置磁场作用；
所述的R向激励线圈，主要受到一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁偏置磁场作用，同时受到水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁偏置磁场作用；
使得所述被测金属试件表面，以及所述水平激励线圈产生的电涡流与L向激励线圈、R向激励线圈的两个子域激励线圈产生的电涡叠加作用，并受到水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁三组偏执磁场的共同作用，形成洛伦兹力，激发出超声波。
本发明的有益效果在于：该电磁超声换能装置采用三组磁场子域叠加结构形式，减少脉冲电磁场带来的低信噪比的干扰，提供更大的磁场，提高了换能效率；换能器是由偏置磁场模块和激励线圈模块组成，该偏置磁场模块采用V型凸块结构，激励线圈模块采用V型凹槽结构，它们之间能够互相套准拼合通过激光焊接连接；偏置磁场模块中设有的水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁的铁芯均采用硅钢材质，而且都是高品质因素，水平直流电磁铁的缠绕导线为普通金属材质，该一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁的缠绕导线为Gd-Co合金材质，当装置通电后，水平直流电磁铁产生垂直向下的偏置磁场，一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉电磁铁产生左侧方向下的偏置磁场，一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁产生右侧方向下的偏置磁场，而直流电磁铁其主要功能是为换能器提供稳定偏置磁场，同时减少脉冲电磁场带来的低信噪比的干扰，相比一般材料，Gd-Co合金材料具有更大的磁能积，在脉冲电流作用下，可以提供更大的磁场，相应的提高垂直方向的子域磁场，从而为激励线圈提供更强的偏置磁场，同时，直流电磁场在靠近被检测金属管道时，可以提供足够的吸附力，使得整个换能装置可以吸附在管道表面，当整个换能装置变更检测点位时，由于脉冲电磁场不工作，其提离与吸附过程所受到的磁场吸附力，对操作人员造成伤害的潜在风险极小；
激励线圈模块中设有的水平激励线圈主要受水平直流电磁铁偏置磁场作用，同时受到一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁等偏置磁场作用；L向激励线圈主要受一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁偏置磁场作用，同时受到水平直流电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁等偏置磁场作用；R向激励线圈，主要受到一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁偏置磁场作用，同时受到水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁偏置磁场作用；使得被测金属试件表面，以及水平激励线圈产生的电涡流与L向激励线圈、R向激励线圈的两个子域激励线圈产生的电涡叠加作用，并受到水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁三组偏执磁场的共同作用，形成洛伦兹力，激发出超声波；
激励线圈模块采取与子域叠加磁场对应的构造，其底部为水平激励线圈，上部为V字形构造两个激励线圈，对应两组脉冲交流磁场，该水平激励线圈、L向激励线圈、R向激励线圈全部是采用双层螺旋线圈组成，并且双层螺旋线圈为水平平行排列结构，为了免换能效率的损耗现象，该双层螺旋线圈的每一根导线是由多股组合导线组成，并且多股组合导线为水平平行排列结构，多股组合导线的导线匝间距小于1.5mm，多股组合导线导线数量的区间为3～6股，每一股导线直径小于0.02mm，每股间距小于0.035mm，这样可以进一步提高换能效率，削减换能消耗；整个设备采用三组磁场子域叠加结构形式，减少脉冲电磁场带来的低信噪比的干扰，提供更大的磁场，进而提高了换能效率，保证了检测精度，同时确保了检测操作的便利性，降低换能损耗以及对操作人员造成伤害的潜在风险，更加安全可靠。
附图说明
图1为本发明的主视图。
图2为本发明的偏置磁场模块结构示意图。
图3为本发明的偏置磁场模块截面结构示意图。
图4为本发明的激励线圈模块结构示意图。
图5为本发明的双层螺旋线圈结构示意图。
其中：
1、换能器 2、偏置磁场模块 3、激励线圈模块
4、被测金属试件 5、水平直流电磁铁 6、一级L向子域脉冲电磁铁
7、二级L向子域脉冲电磁铁 8、一级R向子域脉冲电磁铁 9、二级R向子域脉冲电磁铁
10、水平激励线圈 11、L向激励线圈 12、R向激励线圈
13、双层螺旋线圈 14、多股组合导线 15、上壳体
16、下壳体。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出简要说明。
如图1、图2、图3、图4、图5所示一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：包括换能器1和被测金属试件4，所述被测金属试件4位于换能器1的下部，所述被测金属试件4与换能器1为活动连接，所述换能器1是由偏置磁场模块2和激励线圈模块3组成，所述偏置磁场模块2位于激励线圈模块3的上部，所述偏置磁场模块2与激励线圈模块3为固定连接，所述偏置磁场模块2是由上壳体15、水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8和二级R向子域脉冲电磁铁9组成，所述水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8和二级R向子域脉冲电磁铁9分别为独立的电磁线圈结构，并且所述水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8和二级R向子域脉冲电磁铁9全部位于上壳体15的内部，所述水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8和二级R向子域脉冲电磁铁9均与上壳体15为固定连接，并且所述水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8和二级R向子域脉冲电磁铁9利用导线与外部电源连接，所述激励线圈模块3是由水平激励线圈10、L向激励线圈11、R向激励线圈12和下壳体16组成，所述水平激励线圈10、L向激励线圈11、R向激励线圈12全部位于下壳体16的内部，并且所述水平激励线圈10位于L向激励线圈11、R向激励线圈12的下部，所述L向激励线圈11、R向激励线圈12分别位于激励线圈模块3内侧靠近上部的位置处，所述L向激励线圈11位于靠近一级L向子域脉冲电磁铁6的激励线圈模块3内部的一侧，所述R向激励线圈12位于靠近一级R向子域脉冲电磁铁8的激励线圈模块3内部的一侧，所述水平激励线圈10、L向激励线圈11、R向激励线圈12均与下壳体16为固定连接。所述偏置磁场模块2为V型凸块结构，所述激励线圈模块3为V型凹槽结构。所述的水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8、二级R向子域脉冲电磁铁9的铁芯均为硅钢材质。所述水平直流电磁铁5的缠绕导线为普通金属材质，所述一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8、二级R向子域脉冲电磁铁9的缠绕导线为Gd-Co合金材质。所述水平激励线圈10、L向激励线圈11、R向激励线圈12全部是由双层螺旋线圈13组成，所述双层螺旋线圈13为水平平行排列结构，所述双层螺旋线圈13与下壳体16为固定连接。所述双层螺旋线圈13的每一根导线是由多股组合导线14组成，所述多股组合导线14为水平平行排列结构，所述多股组合导线14与下壳体16为固定连接。所述多股组合导线14的导线匝间距小于1.5mm。所述多股组合导线14导线数量的区间为3～6股，每一股导线直径小于0.02mm，每股间距小于0.035mm。
工作方式：该电磁超声换能装置采用三组磁场子域叠加结构形式，减少脉冲电磁场带来的低信噪比的干扰，提供更大的磁场，提高了换能效率；所谓子域叠加结构，是指在换能器内存在一个稳定的直流电磁铁形成的磁场的同时，在内部还有两组脉冲电磁铁，脉冲电磁场的子域方向与直流电磁场的方向是叠加的；该设备主要包括换能器1和被测金属试件4，其中，被测金属试件4被放置于换能器1的下部，主要用于对换能器1的电磁超声波待检测，而换能器1是由偏置磁场模块2和激励线圈模块3组成，该偏置磁场模块2采用V型凸块结构，并且激励线圈模块3采用V型凹槽结构，该偏置磁场模块2与激励线圈模块3能够互相套准拼合通过激光焊接连接，其中的偏置磁场模块2又是由上壳体15、水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8和二级R向子域脉冲电磁铁9组成，该水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8和二级R向子域脉冲电磁铁9利用导线与外部电源连接，外部电源分别提供直流电或者脉冲电流，然后使用树脂灌注入壳体内进行固定，而激励线圈模块3是由水平激励线圈10、L向激励线圈11、R向激励线圈12和下壳体16组成，该水平激励线圈10、L向激励线圈11、R向激励线圈12通过树脂固定在下壳体16中；通电使用的时候，该水平直流电磁铁5产生垂直向下的偏置磁场，一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉电磁铁7产生左侧方向下的偏置磁场，一级R向子域脉冲电磁铁8、二级R向子域脉冲电磁铁9产生右侧方向下的偏置磁场，并且，该水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8、二级R向子域脉冲电磁铁9的铁芯均为硅钢材质，而且都是高品质因素，水平直流电磁铁5的缠绕导线为普通金属材质，该一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8、二级R向子域脉冲电磁铁9的缠绕导线为Gd-Co合金材质，当装置通电后，水平直流电磁铁5产生垂直向下的偏置磁场，一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉电磁铁7产生左侧方向下的偏置磁场，一级R向子域脉冲电磁铁8、二级R向子域脉冲电磁铁9产生右侧方向下的偏置磁场，而直流电磁铁其主要功能是为换能器提供稳定偏置磁场，同时减少脉冲电磁场带来的低信噪比的干扰，相比一般材料，Gd-Co合金材料具有更大的磁能积，在脉冲电流作用下，可以提供更大的磁场，相应的提高垂直方向的子域磁场，从而为激励线圈提供更强的偏置磁场，同时，直流电磁场在靠近被检测金属管道时，可以提供足够的吸附力，使得整个换能装置可以吸附在管道表面，当整个换能装置变更检测点位时，由于脉冲电磁场不工作，其提离与吸附过程所受到的磁场吸附力，对操作人员造成伤害的潜在风险极小。
接着，下壳体16中的水平激励线圈10主要受水平直流电磁铁5偏置磁场作用，同时受到一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8、二级R向子域脉冲电磁铁9等偏置磁场作用；L向激励线圈11主要受一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7偏置磁场作用，同时受到水平直流电磁铁5、一级R向子域脉冲电磁铁8、二级R向子域脉冲电磁铁9等偏置磁场作用；R向激励线圈12，主要受到一级R向子域脉冲电磁铁8、二级R向子域脉冲电磁铁9偏置磁场作用，同时受到水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7偏置磁场作用；使得被测金属试件4表面，以及水平激励线圈10产生的电涡流与L向激励线圈11、R向激励线圈12的两个子域激励线圈产生的电涡叠加作用，并受到水平直流电磁铁5、一级L向子域脉冲电磁铁6、二级L向子域脉冲电磁铁7、一级R向子域脉冲电磁铁8、二级R向子域脉冲电磁铁9三组偏执磁场的共同作用，形成洛伦兹力，激发出超声波。
然后，激励线圈模块3采取与子域叠加磁场对应的构造，其底部为水平激励线圈，上部为V字形构造两个激励线圈，对应两组脉冲交流磁场，该水平激励线圈10、L向激励线圈11、R向激励线圈12全部是采用双层螺旋线圈13组成，并且双层螺旋线圈13为水平平行排列结构，实验证明，单纯增加线圈数量会增大阻抗，反而造成换能效率的损耗，为了避免换能效率的损耗现象，该双层螺旋线圈13的每一根导线是由多股组合导线14组成，并且多股组合导线14为水平平行排列结构，多股组合导线14的导线匝间距小于1.5mm，多股组合导线14导线数量的区间为3～6股，每一股导线直径小于0.02mm，每股间距小于0.035mm，这样可以进一步提高换能效率，削减换能消耗。
整个设备结构简单，采用三组磁场子域叠加结构形式，减少脉冲电磁场带来的低信噪比的干扰，提供更大的磁场，进而提高了换能效率，保证了检测精度，同时确保了检测操作的便利性，降低换能损耗以及对操作人员造成伤害的潜在风险，更加安全可靠。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶部”、“底部”、“端部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：包括换能器和被测金属试件，所述被测金属试件位于换能器的下部，所述被测金属试件与换能器为活动连接，所述换能器是由偏置磁场模块和激励线圈模块组成，所述偏置磁场模块位于激励线圈模块的上部，所述偏置磁场模块与激励线圈模块为固定连接，所述偏置磁场模块是由上壳体、水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁组成，所述水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁分别为独立的电磁线圈结构，并且所述水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁全部位于上壳体的内部，所述水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁均与上壳体为固定连接，并且所述水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁利用导线与外部电源连接，所述激励线圈模块是由水平激励线圈、L向激励线圈、R向激励线圈和下壳体组成，所述水平激励线圈、L向激励线圈、R向激励线圈全部位于下壳体的内部，并且所述水平激励线圈位于L向激励线圈、R向激励线圈的下部，所述L向激励线圈、R向激励线圈分别位于激励线圈模块内侧靠近上部的位置处，所述L向激励线圈位于靠近一级L向子域脉冲电磁铁的激励线圈模块内部的一侧，所述R向激励线圈位于靠近一级R向子域脉冲电磁铁的激励线圈模块内部的一侧，所述水平激励线圈、L向激励线圈、R向激励线圈均与下壳体为固定连接;
所述水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁和二级R向子域脉冲电磁铁利用导线与外部电源连接，外部电源分别提供直流电或者脉冲电流，然后使用树脂灌注入上壳体内进行固定；
当换能器整体通电后，所述水平直流电磁铁产生垂直向下的偏置磁场，所述一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉电磁铁产生左侧方向下的偏置磁场，所述一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁产生右侧方向下的偏置磁场；
所述水平激励线圈主要受水平直流电磁铁偏置磁场作用，同时受到一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁等偏置磁场作用；
所述的L向激励线圈主要受一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁偏置磁场作用，同时受到水平直流电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁等偏置磁场作用；
所述的R向激励线圈，主要受到一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁偏置磁场作用，同时受到水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁偏置磁场作用；
使得所述被测金属试件表面，以及所述水平激励线圈产生的电涡流与L向激励线圈、R向激励线圈的两个子域激励线圈产生的电涡叠加作用，并受到水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁三组偏执磁场的共同作用，形成洛伦兹力，激发出超声波。
2.根据权利要求1所述一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：所述偏置磁场模块为V型凸块结构，所述激励线圈模块为V型凹槽结构。
3.根据权利要求1所述一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：所述的水平直流电磁铁、一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁的铁芯均为硅钢材质。
4.根据权利要求1所述一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：所述水平直流电磁铁的缠绕导线为普通金属材质，所述一级L向子域脉冲电磁铁、二级L向子域脉冲电磁铁、一级R向子域脉冲电磁铁、二级R向子域脉冲电磁铁的缠绕导线为Gd-Co合金材质。
5.根据权利要求1所述一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：所述水平激励线圈、L向激励线圈、R向激励线圈全部是由双层螺旋线圈组成，所述双层螺旋线圈为水平平行排列结构，所述双层螺旋线圈与下壳体为固定连接。
6.根据权利要求1所述一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：双层螺旋线圈的每一根导线是由多股组合导线组成，所述多股组合导线为水平平行排列结构，所述多股组合导线与下壳体为固定连接。
7.根据权利要求1所述一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：多股组合导线的导线匝间距小于1.5mm。
8.根据权利要求1所述一种子域叠加结构的电磁超声换能器，其特征在于：多股组合导线导线数量的区间为3～6股，每一股导线直径小于0.02mm，每股间距小于0.035mm。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117884340B (zh) * 2024-03-15 2024-05-28 中国石油大学(华东) 一种周期性线圈阵列的电磁铁式sh导波电磁声换能器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001016677A (ja) * 1999-06-29 2001-01-19 Toshiba Corp 超音波発振装置および超音波発振装置の駆動方法
CN2912614Y (zh) * 2006-06-20 2007-06-20 陈明 体外压力脉冲治疗装置
CN101706266A (zh) * 2009-11-12 2010-05-12 哈尔滨工业大学 一种用于电磁超声换能器的脉冲电磁铁
CN103084327A (zh) * 2013-01-25 2013-05-08 西安交通大学 一种低功耗激振力方向可调的非接触激振器及控制方法
CN106513290A (zh) * 2016-12-28 2017-03-22 南京航空航天大学 一种提高电磁超声信号强度的换能器及方法
CN110514743A (zh) * 2019-09-03 2019-11-29 厦门大学 一种管道缺陷检测的电磁超声探伤方法及装置
CN111049354A (zh) * 2018-10-11 2020-04-21 章宪 一种交直流直线永磁电机

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001016677A (ja) * 1999-06-29 2001-01-19 Toshiba Corp 超音波発振装置および超音波発振装置の駆動方法
CN2912614Y (zh) * 2006-06-20 2007-06-20 陈明 体外压力脉冲治疗装置
CN101706266A (zh) * 2009-11-12 2010-05-12 哈尔滨工业大学 一种用于电磁超声换能器的脉冲电磁铁
CN103084327A (zh) * 2013-01-25 2013-05-08 西安交通大学 一种低功耗激振力方向可调的非接触激振器及控制方法
CN106513290A (zh) * 2016-12-28 2017-03-22 南京航空航天大学 一种提高电磁超声信号强度的换能器及方法
CN111049354A (zh) * 2018-10-11 2020-04-21 章宪 一种交直流直线永磁电机
CN110514743A (zh) * 2019-09-03 2019-11-29 厦门大学 一种管道缺陷检测的电磁超声探伤方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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直流叠加脉冲电流波形宽频带电流传感器;杨晓光等;仪器仪表学报;第38卷(第12期);第3036-3043页 *

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