CN112517360B - 一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器 - Google Patents

一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，包括多个铜箔线圈结构，多个铜箔线圈结构相互焊接在一起。一种结构形式为：七个铜箔线圈结构的铜箔线圈直径不同，七个铜箔线圈结构交错焊接；另一个结构形式为：三个铜箔线圈结构直接焊接。这两种结构形式都能够激发全向性波长从头到尾连续变化的SH波，具有全放向激发和接收超声波的优势，并且通过脉冲压缩技术可以提高传输效率。因此适用于包括导电和非导电材料在内的各种均匀、各向同性弹性板结构的缺陷检测和健康监测，并大大提高了监测精度及效率。

Description

一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器
技术领域
本发明涉及电磁超声导波换能器领域，具体涉及一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器。
背景技术
板材广泛应用于航空航天、汽车制造、船舶交通等领域，在各类板材的工业应用背景支撑下，国内外对板状结构的缺陷检测研究也越来越深入。基于超声导波的检测方法又以其快速、高效的优点而受到人们的关注。
目前用于激励超声导波的换能器多为压电换能器，但这种换能器对于耦合介质有较高的需求，并且难以激励横波，因此使用有较大的限制。而电磁超声导波换能器则是依靠电磁效应直接在被测试件上激励出超声波，具体的电磁-力转化机理通常有洛伦兹力机理和磁致伸缩效应机理。在导电非铁磁材料中只有洛伦兹力，在铁磁材料中通常两种效应都存在，且磁致伸缩效应占主导地位。电磁超声导波换能器一般由永磁铁和线圈及其待测物组成通常具有非接触、无需耦合的重要优点。传统电磁超声导波换能器大多采用回折线圈，只能产生沿两端方向前进的超声导波，即导波传播具有方向性。在实际无损检测应用中需要靠增加换能器数量来增大检测范围。此外传统的电磁超声导波换能器在增强信号强度时，需要增加电流强度来激励高振幅信号，但这会导致接收信号拉长，降低时间分辨率。即在信号强度与时间分辨率之间只能而取其一。
发明内容
针对现有的换能器无法激发全向性导波和无法提高时间分辨率的问题，本发明提供了一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器。
本发明采用以下的技术方案：
一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，包括多个铜箔线圈结构，多个铜箔线圈结构相互焊接在一起。
优选地，多个铜箔线圈结构包括第一铜箔线圈结构、第二铜箔线圈结构、第三铜箔线圈结构、第四铜箔线圈结构、第五铜箔线圈结构、第六铜箔线圈结构和第七铜箔线圈结构，第一铜箔线圈结构、第二铜箔线圈结构、第三铜箔线圈结构、第四铜箔线圈结构、第五铜箔线圈结构、第六铜箔线圈结构和第七铜箔线圈结构均包括印制电路板，第一铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第一铜箔线圈，第一铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第一铜箔导线，第一铜箔线圈的中央设置有第一中央镍片，第一铜箔线圈的外部连接有第一外部镍片；
第二铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第二铜箔线圈，第二铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第二铜箔导线，第二铜箔线圈的中央设置有第二中央镍片，第二铜箔线圈的外部连接有第二外部镍片；
第三铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第三铜箔线圈，第三铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第三铜箔导线，第三铜箔线圈的中央设置有第三中央镍片，第三铜箔线圈的外部连接有第三外部镍片；
第四铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第四铜箔线圈，第四铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第四铜箔导线，第四铜箔线圈的中央设置有第四中央镍片，第四铜箔线圈的外部连接有第四外部镍片；
第五铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第五铜箔线圈，第五铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第五铜箔导线，第五铜箔线圈的中央设置有第五中央镍片，第五铜箔线圈的外部连接有第五外部镍片；
第六铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第六铜箔线圈，第六铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第六铜箔导线，第六铜箔线圈的中央设置有第六中央镍片，第六铜箔线圈的外部连接有第六外部镍片；
第七铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第七铜箔线圈，第七铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第七铜箔导线，第七铜箔线圈的中央设置有第七中央镍片，第七铜箔线圈的外部连接有第七外部镍片；
第一铜箔线圈的直径小于第二铜箔线圈的直径，第二铜箔线圈的直径小于第三铜箔线圈的直径，第三铜箔线圈的直径小于第四铜箔线圈的直径，第四铜箔线圈的直径小于第五铜箔线圈的直径，第五铜箔线圈的直径小于第六铜箔线圈的直径，第六铜箔线圈的直径小于第七铜箔线圈的直径；
第一铜箔线圈结构、第二铜箔线圈结构、第三铜箔线圈结构、第四铜箔线圈结构、第五铜箔线圈结构、第六铜箔线圈结构和第七铜箔线圈结构按照铜箔线圈直径的由小到大的顺序焊接到一起，或者按照铜箔线圈直径的由大到小的顺序焊接到一起。
优选地，
按照铜箔线圈直径的由小到大的顺序焊接到一起具体为：
第一铜箔线圈结构置于最下位，第二铜箔线圈结构的第二外部镍片焊接在第一铜箔线圈结构的第一外部镍片上，第三铜箔线圈结构的第三中央镍片焊接在第二铜箔线圈结构的第二中央镍片上，第四铜箔线圈结构的第四外部镍片焊接在第三铜箔线圈结构的第三外部镍片上，第五铜箔线圈结构的第五中央镍片焊接在第四铜箔线圈结构的第四中央镍片上，第六铜箔线圈结构的第六外部镍片焊接在第五铜箔线圈结构的第五外部镍片上，第七铜箔线圈结构的第七中央镍片焊接在第六铜箔线圈结构的第六中央镍片上；
在第七铜箔线圈结构的中央放置有汝铁硼永磁体。
优选地，
按照铜箔线圈直径的由大到小的顺序焊接到一起具体为：
第七铜箔线圈结构置于最下位，第六铜箔线圈结构的第六外部镍片焊接在第七铜箔线圈结构的第七外部镍片上，第五铜箔线圈结构的第五中央镍片焊接在第六铜箔线圈结构的第六中央镍片上，第四铜箔线圈结构的第四外部镍片焊接在第五铜箔线圈结构的第五外部镍片上，第三铜箔线圈结构的第三中央镍片焊接在第四铜箔线圈结构的第四中央镍片上，第二铜箔线圈结构的第二外部镍片焊接在第三铜箔线圈结构的第三外部镍片上，第一铜箔线圈结构的第一中央镍片焊接在第二铜箔线圈结构的第二中央镍片上；
在第一铜箔线圈结构的中央放置有汝铁硼永磁体。
优选地，第一铜箔导线、第二铜箔导线、第三铜箔导线、第四铜箔导线、第五铜箔导线、第六铜箔导线和第七铜箔导线的数量一致。
优选地，第一铜箔线圈、第二铜箔线圈、第三铜箔线圈、第四铜箔线圈、第五铜箔线圈、第六铜箔线圈和第七铜箔线圈的半径的计算公式为：
Figure BDA0002748779130000032
Rn代表铜箔线圈的半径，n取[1,2,3,4,5,6,7]，λn代表每个铜箔线圈产生的波长；
Figure BDA0002748779130000031
fn＝f1+Δf·(n-1)
C代表是换能器产生的水平剪切波的波速，水平剪切波的波速与板材密度、杨氏模量、泊松比以及板厚有关，C为定值；fn代表每个线圈产生的水平剪切波的频率，f1为第一个铜箔线圈产生的水平剪切波的频率，Δf相邻铜箔线圈产生的水平剪切波的频率差。
优选地，多个铜箔线圈结构包括第八铜箔线圈结构、第九铜箔线圈结构和第十铜箔线圈结构，第八铜箔线圈结构包括印制电路板，在第八铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第八铜箔线圈，第八铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第八铜箔导线，第八铜箔线圈的中央设置有第八中央镍片，第八铜箔线圈的外部连接有第八外部镍片；
第九铜箔线圈结构包括第九铜箔线圈，第九铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第九铜箔导线，第九铜箔线圈的中央设置有第九中央镍片；
第十铜箔线圈结构包括第十铜箔线圈，第十铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第十铜箔导线，第十铜箔线圈的中央设置有第十中央镍片；
第八铜箔线圈的直径大于第九铜箔线圈的直径，第九铜箔线圈的直径大于第十铜箔线圈的直径；或者，第八铜箔线圈的直径小于第九铜箔线圈的直径，第九铜箔线圈的直径小于第十铜箔线圈的直径；
第九铜箔线圈焊接在第八铜箔线圈上，第十铜箔线圈焊接在第九铜箔线圈上。
优选地，第九铜箔线圈结构的第九中央镍片焊接在第八铜箔线圈结构的第八中央镍片上，第十铜箔线圈结构的第十中央镍片焊接在第九铜箔线圈结构的第九中央镍片上；
在第十铜箔线圈结构的中央放置有汝铁硼永磁体。
本发明具有的有益效果是：
本发明提供的全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，该换能器采用全向性结构能够激发全向性导波，具有全放向激发和接收超声波的优势。并且基于脉冲压缩机制，当发生器线圈发出一个SH波包，波长从头到尾连续变化，窄间距产生较高频率，宽间距产生较低频率，反射后所有频率分量以共同的延时时间到达接收线圈。换句话说，波长和线圈周期之间的重合仅发生在接收线圈的整个长度的某一时刻。这时线圈感应出电流，产生一个尖锐的脉冲，及脉冲压缩。因为尖锐脉冲的产生时间比较确定，因此波在整个过程的传播时间也较确定，故可以提高系统的时间分辨率，并且通过脉冲压缩技术可以提高传输效率。
换能器具有全方向激发和接收超声波的优势，可以检测到平板材料内各个方向的缺陷。因此适用于包括导电和非导电材料在内的各种均匀、各向同性弹性板结构的缺陷检测和健康监测，并大大提高了监测精度及效率。
本发明通过电磁耦合方式激发超声波，不需要耦合介质，因此既可用于接触式检测，也可用于非接触式检测。
本发明结构简单，制造方便。PCB板采用柔性材料，可以使得换能器与被测试件更加紧密的贴合，减少表面反射波，并减少不必要的噪音，由此检测结构更加准确。
附图说明
图1为脉冲压缩原理示意图。
图2为全向性激发波示意图。
图3为第一铜箔线圈结构示意图。
图4为第二铜箔线圈结构示意图。
图5为第三铜箔线圈结构示意图。
图6为第四铜箔线圈结构示意图。
图7为第五铜箔线圈结构示意图。
图8为第六铜箔线圈结构示意图。
图9为第七铜箔线圈结构示意图。
图10为实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的具体实施方式做进一步说明：
结合图1至图10，一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，包括多个铜箔线圈结构，多个铜箔线圈结构相互焊接在一起。
多个铜箔线圈结构相互焊接在一起可以分为两个结构形式，下面进行详细的说明。
实施例1
需要说明的是，实施例1列举了七个铜箔线圈结构对换能器的结构进行说明，但是实际应用中，铜箔线圈结构的数量是根据实际需求决定的，铜箔线圈结构可以是八个或者更多个。
结合图3至图9，多个铜箔线圈结构包括第一铜箔线圈结构、第二铜箔线圈结构、第三铜箔线圈结构、第四铜箔线圈结构、第五铜箔线圈结构、第六铜箔线圈结构和第七铜箔线圈结构。
第一铜箔线圈结构、第二铜箔线圈结构、第三铜箔线圈结构、第四铜箔线圈结构、第五铜箔线圈结构、第六铜箔线圈结构和第七铜箔线圈结构均包括印制电路板1，第一铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第一铜箔线圈2，第一铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第一铜箔导线3，第一铜箔线圈的中央设置有第一中央镍片4，第一铜箔线圈的外部连接有第一外部镍片5。
第二铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第二铜箔线圈6，第二铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第二铜箔导线7，第二铜箔线圈的中央设置有第二中央镍片8，第二铜箔线圈的外部连接有第二外部镍片9。
第三铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第三铜箔线圈10，第三铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第三铜箔导线11，第三铜箔线圈的中央设置有第三中央镍片12，第三铜箔线圈的外部连接有第三外部镍片13。
第四铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第四铜箔线圈14，第四铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第四铜箔导线15，第四铜箔线圈的中央设置有第四中央镍片16，第四铜箔线圈的外部连接有第四外部镍片17。
第五铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第五铜箔线圈18，第五铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第五铜箔导线19，第五铜箔线圈的中央设置有第五中央镍片20，第五铜箔线圈的外部连接有第五外部镍片21。
第六铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第六铜箔线圈22，第六铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第六铜箔导线23，第六铜箔线圈的中央设置有第六中央镍片24，第六铜箔线圈的外部连接有第六外部镍片25。
第七铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第七铜箔线圈26，第七铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第七铜箔导线27，第七铜箔线圈的中央设置有第七中央镍片28，第七铜箔线圈的外部连接有第七外部镍片29。
第一铜箔线圈2的直径小于第二铜箔线圈6的直径，第二铜箔线圈的直径小于第三铜箔线圈10的直径，第三铜箔线圈的直径小于第四铜箔线圈14的直径，第四铜箔线圈的直径小于第五铜箔线圈18的直径，第五铜箔线圈的直径小于第六铜箔线圈22的直径，第六铜箔线圈的直径小于第七铜箔线圈26的直径。即第一铜箔线圈2的直径到第七铜箔线圈26的直径是逐渐增大的。
第一铜箔线圈结构、第二铜箔线圈结构、第三铜箔线圈结构、第四铜箔线圈结构、第五铜箔线圈结构、第六铜箔线圈结构和第七铜箔线圈结构按照铜箔线圈直径的由小到大的顺序焊接到一起，或者按照铜箔线圈直径的由大到小的顺序焊接到一起。
按照铜箔线圈直径的由小到大的顺序焊接到一起具体为：
第一铜箔线圈结构置于最下位，第二铜箔线圈结构的第二外部镍片9焊接在第一铜箔线圈结构的第一外部镍片5上，第三铜箔线圈结构的第三中央镍片12焊接在第二铜箔线圈结构的第二中央镍片8上，第四铜箔线圈结构的第四外部镍片17焊接在第三铜箔线圈结构的第三外部镍片13上，第五铜箔线圈结构的第五中央镍片20焊接在第四铜箔线圈结构的第四中央镍片16上，第六铜箔线圈结构的第六外部镍片25焊接在第五铜箔线圈结构的第五外部镍片 21上，第七铜箔线圈结构的第七中央镍片28焊接在第六铜箔线圈结构的第六中央镍片24上。
在第七铜箔线圈结构的中央放置有汝铁硼永磁体。
按照铜箔线圈直径的由大到小的顺序焊接到一起具体为：
第七铜箔线圈结构置于最下位，第六铜箔线圈结构的第六外部镍片焊接在第七铜箔线圈结构的第七外部镍片上，第五铜箔线圈结构的第五中央镍片焊接在第六铜箔线圈结构的第六中央镍片上，第四铜箔线圈结构的第四外部镍片焊接在第五铜箔线圈结构的第五外部镍片上，第三铜箔线圈结构的第三中央镍片焊接在第四铜箔线圈结构的第四中央镍片上，第二铜箔线圈结构的第二外部镍片焊接在第三铜箔线圈结构的第三外部镍片上，第一铜箔线圈结构的第一中央镍片焊接在第二铜箔线圈结构的第二中央镍片上；
在第一铜箔线圈结构的中央放置有汝铁硼永磁体。
换能器分为接收换能器和发射换能器，当发射换能器的结构为按照铜箔线圈直径的由小到大的顺序焊接时，接收换能器的结构为按照铜箔线圈直径的由大到小的顺序焊接，即接收换能器和发射换能器的结构正好是相反的。
需要说明的是：第一铜箔线圈结构、第二铜箔线圈结构、第三铜箔线圈结构、第四铜箔线圈结构、第五铜箔线圈结构、第六铜箔线圈结构和第七铜箔线圈结构相互焊接时，除去焊接部位相互焊接外，其它部位相互绝缘隔离。
第一铜箔导线、第二铜箔导线、第三铜箔导线、第四铜箔导线、第五铜箔导线、第六铜箔导线和第七铜箔导线的数量均为18条且均为单匝导线。
下面对实施例1中铜箔线圈的半径计算过程进行说明：
第一铜箔线圈、第二铜箔线圈、第三铜箔线圈、第四铜箔线圈、第五铜箔线圈、第六铜箔线圈和第七铜箔线圈的半径的计算公式为：
Figure BDA0002748779130000071
Rn代表铜箔线圈的半径，n取[1,2,3,4,5,6,7]，λn代表每个铜箔线圈产生的波长；
Figure BDA0002748779130000072
fn＝f1+Δf·(n-1)
C代表是换能器产生的水平剪切波(SH波)的波速，水平剪切波的波速与板材密度、杨氏模量、泊松比以及板厚有关，C为定值，即当被测板材确定后C的值也随之确定。fn代表每个线圈产生的水平剪切波的频率。f1为第一个铜箔线圈产生的水平剪切波的频率，Δf相邻铜箔线圈产生的水平剪切波的频率差。
实施例1中，根据需要，从第一铜箔线圈至第七铜箔线圈产生的水平剪切波的频率依次为：fn＝[80,91.4,102.8,114.2,125.6,137,148.4]，Δf为11.4KHZ，fn的单位为KHZ。C的值为5190m\s，则可以计算出第一铜箔线圈的半径R1为9.36mm；第二铜箔线圈的半径R2为13.96mm；第三铜箔线圈的半径R3为18.56mm；第四铜箔线圈的半径R4为23.16mm；第五铜箔线圈的半径R5为27.76mm；第六铜箔线圈的半径R6为32.36mm；第七铜箔线圈的半径R7为36.96mm。
由此可知，若换能器是八个或者更多个铜箔线圈结构时，依照上述公式能够依次计算出每个铜箔线圈的半径。
各个中央镍片的大小与铜箔线圈的内圆的大小一致。
第一中央镍片4、第二中央镍片8、第三中央镍片12、第四中央镍片16、第五中央镍片 20、第六中央镍片24和第七中央镍片28的直径均为6mm。
第一外部镍片5、第二外部镍片9、第三外部镍片13、第四外部镍片17、第五外部镍片 21、第六外部镍片25和第七外部镍片29均为长方形，长度为5mm，宽为3mm。
由中央镍片的半径和铜箔线圈的半径可知，第一铜箔线导线的长度为6.36mm；第二铜箔线导线的长度为10.96mm；第三铜箔导线的长度为15.56mm；第四铜箔导线的长度为20.16mm；第五铜箔导线的长度为24.76mm；第六铜箔导线的长度为29.36mm；第七铜箔导线的长度为 33.96mm。
实施例1的全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器的原理为：
首先介绍一下脉冲压缩原理：
如图1所示，一个发生器的曲折线线圈，其相邻竖直导线在间距上从0.38mm线线性变化到1.5mm，导线竖直长度为65mm，共57匝。发射线圈用于激励出SH波，接收线圈导线间距与发射线圈相反，用来接收反射波。曲折线圈等于激发的SH波的波长。
当一个脉冲到达发射线圈时，发射线圈即可产生一个波长从头到尾连续变化的SH波，当波经过缺陷处反射到达接收线圈时，波与接收线圈的重合只发生在接收线圈整个长度的某个时刻，这时接收线圈产生一个尖锐的脉冲，将其称为脉冲压缩机理。
全向性激发波原理：
如图2所示，将一个圆柱钕铁硼磁铁置于线圈的中间圆圈处，其产生一个径向静磁场，如图中细箭头所示；线圈通电后产生一个与静磁场相互垂直的环向动磁场，如图中粗箭头所示。基于磁致伸缩效应，两个磁场相互作用使被检测金属板中产生环形剪切变形，从而激励出全向性SH0模态。
基于上述两种原理，实施例1提供的七个铜箔线圈结构相互交错焊接(即上述公开的焊接方式)，实施例1的换能器接交流电：连接方式为电源一端接最上层铜箔线圈结构的中央镍片，另一端接最下层铜箔线圈结构的外部镍片，使得流过每个铜箔线圈结构的电流相反，由于每个铜箔线圈结构的铜箔导线长度不同，故可以激发不同波长的SH波，配合放置的汝铁硼永磁体，且能够激发全向性SH波。
实施例1实际应用在板材缺陷检测时，换能器的印制电路板为柔性电路板，换能器能紧密粘贴与被测试板材件上，检测时能够减少不必要的噪音。开始检测时向发射换能器通入激励，由于发射换能器能够激发出全向性波长从头到尾连续变化的SH波，可以对被测试板材件内各个方向的缺陷进行检测，SH波经缺陷处反射后回到接收换能器，接收换能器连接显示仪器，确定产生尖锐脉冲的时间，通过程序计算缺陷的位置，并且通过接收换能器的位置布置实现对被测试板材件全方位的检测。
实施例2
多个铜箔线圈结构包括第八铜箔线圈结构、第九铜箔线圈结构和第十铜箔线圈结构。第八铜箔线圈结构包括印制电路板1，在第八铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第八铜箔线圈30，第八铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第八铜箔导线31，第八铜箔线圈的中央设置有第八中央镍片，第八铜箔线圈的外部连接有第八外部镍片32。
第九铜箔线圈结构包括第九铜箔线圈33，第九铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第九铜箔导线34，第九铜箔线圈的中央设置有第九中央镍片。
第十铜箔线圈结构包括第十铜箔线圈35，第十铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第十铜箔导线36，第十铜箔线圈的中央设置有第十中央镍片37。
实施例2存在下述的两种结构情况，其一为第八铜箔线圈的直径最大，即：
第八铜箔线圈的直径大于第九铜箔线圈的直径，第九铜箔线圈的直径大于第十铜箔线圈的直径。
此时，第八铜箔导线的数量为8条，第九铜箔导线的数量为10条，第十铜箔导线的数量为12条。
同实施例1一样，第八铜箔线圈、第九铜箔线圈和第十铜箔线圈的半径的计算公式为：
Figure BDA0002748779130000091
Rn代表铜箔线圈的半径，n取[1,2,3]，λn代表每个铜箔线圈产生的波长；
Figure BDA0002748779130000092
fn＝f1+Δf·(n-1)
C代表是换能器产生的水平剪切波(SH波)的波速，水平剪切波的波速与板材密度、杨氏模量、泊松比以及板厚有关，C为定值，即当被测板材确定后C的值也随之确定。fn代表每个线圈产生的水平剪切波的频率。f1为第八个铜箔线圈产生的水平剪切波的频率，Δf相邻铜箔线圈产生的水平剪切波的频率差。
实施例2中计算的第八铜箔线圈的半径R1为18.6mm；第九铜箔线圈的半径R2为15mm；第十铜箔线圈的半径R3为9.36mm。
上述情况如图10所示。
其二为第八铜箔线圈的直径最小，即：
第八铜箔线圈的直径小于第九铜箔线圈的直径，第九铜箔线圈的直径小于第十铜箔线圈的直径。
此时，第八铜箔导线的数量为12条，第九铜箔导线的数量为10条，第十铜箔导线的数量为8条。
第八铜箔线圈的半径为9.36mm；第九铜箔线圈的半径为15mm；第十铜箔线圈的半径为 18.6mm。
第九铜箔线圈焊接在第八铜箔线圈上，第十铜箔线圈焊接在第九铜箔线圈上。
同实施例1相同，上述两种结构都是可以的，只是当发生换能器是第八铜箔线圈的直径最大的结构情况时，接收换能器就是第八铜箔线圈的直径最小的结构情况，两者的结构正好相反。
具体焊接结构为：第九铜箔线圈结构的第九中央镍片焊接在第八铜箔线圈结构的第八中央镍片上，第十铜箔线圈结构的第十中央镍片焊接在第九铜箔线圈结构的第九中央镍片上。
在第十铜箔线圈结构的中央放置有汝铁硼永磁体。
需要说明的是：第八铜箔线圈结构、第九铜箔线圈结构和第十铜箔线圈结构相互焊接时，除去焊接部位相互焊接外，其它部位相互绝缘隔离。
第八铜箔导线、第九铜箔导线和第十铜箔导线均为单匝导线。
实施例2的全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器的原理与实施例1类似：
实施例2提供的换能器中，三个铜箔线圈结构依次焊接，实施例2的换能器接交流电：连接方式为电源一端接第十中央镍片，另一端接第八外部镍片，电流依次流过三级长度不同的导线，故发出的一个连续波由三个不同波长的波组成，配合放置的汝铁硼永磁体，且能够激发全向性SH波。
实施例2实际应用在板材缺陷检测时，换能器的印制电路板为柔性电路板，换能器能紧密粘贴与被测试板材件上，检测时能够减少不必要的噪音。开始检测时向发射换能器通入激励，由于发射换能器能够激发出全向性波长从头到尾连续变化的SH波，可以对被测试板材件内各个方向的缺陷进行检测，SH波经缺陷处反射后回到接收换能器，接收换能器连接显示仪器，确定产生尖锐脉冲的时间，通过程序计算缺陷的位置，并且通过接收换能器的位置布置实现对被测试板材件全方位的检测。
实施例1和实施例2都可以激发全向性脉冲压缩式电磁超声导波，不同之处在于实施例 2结构简单制造方便，但能制造的不同的波的周期数量有限，对于脉冲压缩现象而言对比实施例1并不明显。实施例1由于需要层与层之间的焊接，导致其体积比较大，且层与层之间的缝隙可能在实验中产生噪音使得结果有误差，然而其较多的层数能够激发具有更多的不同波长的波，因此脉冲压缩现象更加明显，即时间分辨率更高一点。因此在实验时需要依据实验类型及实验条件来选择合适的换能器。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，其特征在于，包括多个铜箔线圈结构，多个铜箔线圈结构相互焊接在一起；
多个铜箔线圈结构包括第一铜箔线圈结构、第二铜箔线圈结构、第三铜箔线圈结构、第四铜箔线圈结构、第五铜箔线圈结构、第六铜箔线圈结构和第七铜箔线圈结构，第一铜箔线圈结构、第二铜箔线圈结构、第三铜箔线圈结构、第四铜箔线圈结构、第五铜箔线圈结构、第六铜箔线圈结构和第七铜箔线圈结构均包括印制电路板，第一铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第一铜箔线圈，第一铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第一铜箔导线，第一铜箔线圈的中央设置有第一中央镍片，第一铜箔线圈的外部连接有第一外部镍片；
第二铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第二铜箔线圈，第二铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第二铜箔导线，第二铜箔线圈的中央设置有第二中央镍片，第二铜箔线圈的外部连接有第二外部镍片；
第三铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第三铜箔线圈，第三铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第三铜箔导线，第三铜箔线圈的中央设置有第三中央镍片，第三铜箔线圈的外部连接有第三外部镍片；
第四铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第四铜箔线圈，第四铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第四铜箔导线，第四铜箔线圈的中央设置有第四中央镍片，第四铜箔线圈的外部连接有第四外部镍片；
第五铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第五铜箔线圈，第五铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第五铜箔导线，第五铜箔线圈的中央设置有第五中央镍片，第五铜箔线圈的外部连接有第五外部镍片；
第六铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第六铜箔线圈，第六铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第六铜箔导线，第六铜箔线圈的中央设置有第六中央镍片，第六铜箔线圈的外部连接有第六外部镍片；
第七铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第七铜箔线圈，第七铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第七铜箔导线，第七铜箔线圈的中央设置有第七中央镍片，第七铜箔线圈的外部连接有第七外部镍片；
第一铜箔线圈的直径小于第二铜箔线圈的直径，第二铜箔线圈的直径小于第三铜箔线圈的直径，第三铜箔线圈的直径小于第四铜箔线圈的直径，第四铜箔线圈的直径小于第五铜箔线圈的直径，第五铜箔线圈的直径小于第六铜箔线圈的直径，第六铜箔线圈的直径小于第七铜箔线圈的直径；
第一铜箔线圈结构、第二铜箔线圈结构、第三铜箔线圈结构、第四铜箔线圈结构、第五铜箔线圈结构、第六铜箔线圈结构和第七铜箔线圈结构按照铜箔线圈直径的由小到大的顺序焊接到一起，或者按照铜箔线圈直径的由大到小的顺序焊接到一起。
2.根据权利要求1所述的一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，其特征在于，
按照铜箔线圈直径的由小到大的顺序焊接到一起具体为：
第一铜箔线圈结构置于最下位，第二铜箔线圈结构的第二外部镍片焊接在第一铜箔线圈结构的第一外部镍片上，第三铜箔线圈结构的第三中央镍片焊接在第二铜箔线圈结构的第二中央镍片上，第四铜箔线圈结构的第四外部镍片焊接在第三铜箔线圈结构的第三外部镍片上，第五铜箔线圈结构的第五中央镍片焊接在第四铜箔线圈结构的第四中央镍片上，第六铜箔线圈结构的第六外部镍片焊接在第五铜箔线圈结构的第五外部镍片上，第七铜箔线圈结构的第七中央镍片焊接在第六铜箔线圈结构的第六中央镍片上；
在第七铜箔线圈结构的中央放置有汝铁硼永磁体。
3.根据权利要求1所述的一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，其特征在于，
按照铜箔线圈直径的由大到小的顺序焊接到一起具体为：
第七铜箔线圈结构置于最下位，第六铜箔线圈结构的第六外部镍片焊接在第七铜箔线圈结构的第七外部镍片上，第五铜箔线圈结构的第五中央镍片焊接在第六铜箔线圈结构的第六中央镍片上，第四铜箔线圈结构的第四外部镍片焊接在第五铜箔线圈结构的第五外部镍片上，第三铜箔线圈结构的第三中央镍片焊接在第四铜箔线圈结构的第四中央镍片上，第二铜箔线圈结构的第二外部镍片焊接在第三铜箔线圈结构的第三外部镍片上，第一铜箔线圈结构的第一中央镍片焊接在第二铜箔线圈结构的第二中央镍片上；
在第一铜箔线圈结构的中央放置有汝铁硼永磁体。
4.根据权利要求1所述的一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，其特征在于，第一铜箔导线、第二铜箔导线、第三铜箔导线、第四铜箔导线、第五铜箔导线、第六铜箔导线和第七铜箔导线的数量一致。
5.根据权利要求1所述的一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，其特征在于，第一铜箔线圈、第二铜箔线圈、第三铜箔线圈、第四铜箔线圈、第五铜箔线圈、第六铜箔线圈和第七铜箔线圈的半径的计算公式为：
Figure FDA0003031332570000021
Rn代表铜箔线圈的半径，n取[1,2,3,4,5,6,7]，λn代表每个铜箔线圈产生的波长；
Figure FDA0003031332570000022
fn＝f1+Δf·(n-1)
C代表是换能器产生的水平剪切波的波速，水平剪切波的波速与板材密度、杨氏模量、泊松比以及板厚有关，C为定值；fn代表每个线圈产生的水平剪切波的频率，f1为第一个铜箔线圈产生的水平剪切波的频率，Δf相邻铜箔线圈产生的水平剪切波的频率差。
6.一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，其特征在于，包括多个铜箔线圈结构，多个铜箔线圈结构相互焊接在一起；多个铜箔线圈结构包括第八铜箔线圈结构、第九铜箔线圈结构和第十铜箔线圈结构，第八铜箔线圈结构包括印制电路板，在第八铜箔线圈结构的印制电路板上印制有第八铜箔线圈，第八铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第八铜箔导线，第八铜箔线圈的中央设置有第八中央镍片，第八铜箔线圈的外部连接有第八外部镍片；
第九铜箔线圈结构包括第九铜箔线圈，第九铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第九铜箔导线，第九铜箔线圈的中央设置有第九中央镍片；
第十铜箔线圈结构包括第十铜箔线圈，第十铜箔线圈上呈散射状的印制有多个第十铜箔导线，第十铜箔线圈的中央设置有第十中央镍片；
第八铜箔线圈的直径大于第九铜箔线圈的直径，第九铜箔线圈的直径大于第十铜箔线圈的直径；或者，第八铜箔线圈的直径小于第九铜箔线圈的直径，第九铜箔线圈的直径小于第十铜箔线圈的直径；
第九铜箔线圈焊接在第八铜箔线圈上，第十铜箔线圈焊接在第九铜箔线圈上。
7.根据权利要求6所述的一种全向性脉冲压缩式电磁超声导波换能器，其特征在于，第九铜箔线圈结构的第九中央镍片焊接在第八铜箔线圈结构的第八中央镍片上，第十铜箔线圈结构的第十中央镍片焊接在第九铜箔线圈结构的第九中央镍片上；
在第十铜箔线圈结构的中央放置有汝铁硼永磁体。
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