CN209432749U - 一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及超声导波无损检测技术领域，更具体的说是一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，包括板式线圈、预磁化的磁致伸缩带、耦合剂和被测构件，所述预磁化的磁致伸缩带(2)通过耦合剂(3)粘结在被测构件(4)上，板式线圈(1)为双电路板结构，板式线圈(1)叠放在预磁化的磁致伸缩带(2)上。通过预磁化的磁致伸缩带在外加磁场的作用下，产生扭转形式的振动，形成波源，振动通过耦合剂传递到被测构件表面；被测构件表面产生弹性形变，在构件内产生导波，导波在传播过程中遇到缺陷，部分能量将形成反射回波，部分能量透过缺陷继续传播；回波信号基于逆磁致伸缩效应，质点的振动导致预磁化的磁致伸缩带产生弹性形变，进而导致其内部磁场发生变化，经过传感器和接收装置接收、处理与分析后，可获得内部缺陷信息。

Description

一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器

技术领域

本实用新型涉及超声导波无损检测技术领域，更具体的说是一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器。

背景技术

管道、储罐、板材等在工业生产中应用广泛。仅以工业管道为例：管道运输在化工、能源和城市的煤气运输等领域中已经成为必不可少的运输设备。但是，由于恶劣的工作环境以及长期在线工作，由于自然作用和人为损坏等因素使管道受到腐蚀，导致管壁变薄或者缺陷，造成泄露事故，造成巨大的损失、人员伤亡。通过检测缺陷采取相应措施，可以提高经济效益，避免事故发生。因此，对工业管道、储罐和板材等大型工业结构定期进行无损检测与长期在线监测具有重要意义。

磁致伸缩导波检测技术是一种检测效率高、成本低的新型无损检测技术，具有单点激励即可实现长距离缺陷检测的优点，适用于工业管道、储罐和板材等大型工业结构的缺陷检测和长期监测。

目前，由浙达精益开发的MSGW导波检测仪简称MSGW，是基于磁致伸缩原理自主研发的一套通过导波检测系统，通过配置专用的管道探头，实现管道缺陷快速扫查定位；哈尔滨零声科技有限公司研制的GW-1000长距离磁致伸缩导波检测系统等已经应用于各种工业管状构件的缺陷检测和健康监测。但是，传统的磁致伸缩扭转导波换能器采用一块电路板连接排线两端是环形结构，只适合管道检测。

所以，设计一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，能够促进磁致伸缩无损检测技术在管道、储罐和板材等大型工业结构检测领域的应用，保障工业生产安全运行，提高经济效益。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，可以适用于检测管道、储罐、板材等多种工业结构。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，包括板式线圈、预磁化的磁致伸缩带、耦合剂和被测构件，所述预磁化的磁致伸缩带通过耦合剂粘结在被测构件上，板式线圈为双电路板结构，板式线圈叠放在预磁化的磁致伸缩带上。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，所述板式线圈包括排线、电路板A和电路板B，排线的两端分别连接在电路板A和电路板B上，排线、电路板A和电路板B构成曲折线圈。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，所述电路板A包括连接器、排线连接器、阻抗匹配网络和铜导线，连接器的一端连接在检测设备上，连接器的另一端通过导线连接在阻抗匹配网络的一端，阻抗匹配网络的另一端连接有铜导线，铜导线连接在排线连接器上。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，所述电路板B包括排线连接器和铜导线，排线连接器和铜导线连接，排线的一端连接在排线连接器上，排线的另一端连接在排线连接器上，排线、排线连接器和排线连接器组成板式线圈。

作为本技术方案的进一步优化，本实用新型一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，所述板式线圈和预磁化的磁致伸缩带组合整体结构成板状。

本实用新型一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器的有益效果为：

本实用新型一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，可以通过预磁化的磁致伸缩带在外加磁场的作用下，产生扭转形式的振动，形成波源，振动通过耦合剂传递到被测构件表面，被测构件表面产生弹性形变，在构件内产生导波，导波在传播过程中遇到缺陷，部分能量将形成反射回波，部分能量透过缺陷继续传播；回波信号基于逆磁致伸缩效应，质点的振动导致预磁化的磁致伸缩带产生弹性形变，进而导致其内部磁场发生变化，经过传感器和接收装置接收、处理与分析后，可获得内部缺陷信息。

附图说明

下面结合附图和具体实施方法对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是本实用新型的磁致伸缩扭转导波换能器整体的结构示意图；

图2是本实用新型板式线圈的结构示意图；

图3是本实用新型电路板A的结构示意图；

图4是本实用新型电路板B的结构示意图；

图5是本实用新型曲折线圈的结构示意图；

图6是本实用新型阻抗匹配的结构示意图。

图中：板式线圈1；排线1-1；电路板A1-2；连接器A-1；排线连接器A-2；阻抗匹配网络A-3；铜导线A-4；电路板B1-3；排线连接器B-1；铜导线B-2；预磁化的磁致伸缩带2；耦合剂3；被测构件4。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

具体实施方式一：

下面结合图1-6说明本实施方式，一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，包括板式线圈1、预磁化的磁致伸缩带2、耦合剂3和被测构件4，所述预磁化的磁致伸缩带2通过耦合剂3粘结在被测构件4上，板式线圈1为双电路板结构，板式线圈1叠放在预磁化的磁致伸缩带2上；通过预磁化的磁致伸缩带2在外加磁场的作用下，产生扭转形式的振动，形成波源，振动通过耦合剂3传递到被测构件4表面，被测构件4表面产生弹性形变，在构件内产生导波，导波在传播过程中遇到缺陷，部分能量将形成反射回波，部分能量透过缺陷继续传播；回波信号基于逆磁致伸缩效应，质点的振动导致预磁化的磁致伸缩带2产生弹性形变，进而导致其内部磁场发生变化，经过传感器和接收装置接收、处理与分析后，可获得内部缺陷信息。

具体实施方式二：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，所述板式线圈1包括排线1-1、电路板A1-2和电路板B1-3，排线1-1的两端分别连接在电路板A1-2和电路板B1-3上，排线1-1、电路板A1-2和电路板B1-3构成曲折线圈。

具体实施方式三：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式二作进一步说明，所述电路板A1-2包括连接器A-1、排线连接器A-2、阻抗匹配网络A-3和铜导线A-4，连接器A-1的一端连接在检测设备上，连接器A-1的另一端通过导线连接在阻抗匹配网络A-3的一端，阻抗匹配网络A-3的另一端连接有铜导线A-4，铜导线A-4连接在排线连接器A-2上；将被测构件上均匀的涂抹耦合剂3，预磁化的磁致伸缩2带通过耦合剂3粘结在被测构件4表面，将板式线圈1叠放在预磁化的磁致伸缩带2上方，进行缺陷检测。在电路板A中连接器A-1使用雷莫连接线连接检测设备，回波信号经过接收换能器和接收装置接收处理后，通过上位机显示。

具体实施方式四：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式三作进一步说明，所述电路板B1-3包括排线连接器B-1和铜导线B-2，排线连接器B-1和铜导线B-2连接，排线1-1的一端连接在排线连接器A-2上，排线1-1的另一端连接在排线连接器B-1上，排线1-1、排线连接器A-2和排线连接器B-1组成板式线圈；为了激励扭转导波，板式线圈采用曲折线圈结构，电流流向相反的相邻导线间距为半波长，通过求解管道中扭转导波的特征方程，确定导波频率与声速，根据公式λ＝c/f可计算波长，从而确定线圈间距，采用PCB工艺制作；使用排线1-1的一端连接排线连接器A-2，排线1-1另一端连接排线连接器B-1，组成板式线圈，然后进行阻抗匹配网络设计，即使用LCR表测量线圈的电阻Req和电感Leq，通过外接电容C使得板式线圈在激励频率下并联谐振，由公式求得外接电容值为

具体实施方式五：

下面结合图1-6说明本实施方式，本实施方式对实施方式一至四任一项作进一步说明，所述板式线圈1和预磁化的磁致伸缩带2组合整体结构成板状。

本实用新型的一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，其工作原理为：

本次线圈以81kHz曲折线圈激发T(0，1)模态的扭转导波为例，参见附图5；相邻导线间距为超声导波的半波长，波长由公式λ＝c/f计算，根据扭转模态导波的特征方程求出T(0,1)模态的扭转导波波速c为3240m/s，波长为40mm，曲折线圈电流流向相反的相邻导线间距为半波长；使用排线1-1的一端连接排线连接器A-2，排线1-1的另一端连接排线连接器B-1，组成板式线圈。参见附图6，确定换能器的工作点后进行阻抗匹配网络设计，即使用LCR表测量线圈的电阻Req和电感Leq，通过外接电容C使得板式线圈在激励频率下谐振。

由公式求得外接电容值为将被测构件上均匀的涂抹耦合剂3，预磁化的磁致伸缩2带通过耦合剂3粘结在被测构件4表面，将板式线圈1叠放在预磁化的磁致伸缩带2上方，进行缺陷检测；在电路板A中连接器A-1使用雷莫连接线连接检测设备，回波信号经过接收换能器和接收装置接收处理后，通过上位机显示；该新型的磁致伸缩扭转导波换能器工作时，磁致伸缩扭转导波的激发基于正磁致伸缩效应，即磁化的磁致伸缩带2在外加磁场的作用下，产生扭转形式的振动，形成波源，振动通过耦合剂3传递到被测构件4表面，被测构件4表面产生弹性形变，在构件内产生导波，导波在传播过程中遇到缺陷，部分能量将形成反射回波，部分能量透过缺陷继续传播；回波信号基于逆磁致伸缩效应，质点的振动导致磁化的磁致伸缩带2产生弹性形变，进而导致其内部磁场发生变化。经过传感器和接收装置接收、处理与分析后，可获得内部缺陷信息。

当然，上述说明并非对本实用新型的限制，本实用新型也不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，包括板式线圈(1)、预磁化的磁致伸缩带(2)、耦合剂(3)和被测构件(4)，其特征在于：所述预磁化的磁致伸缩带(2)通过耦合剂(3)粘结在被测构件(4)上，板式线圈(1)为双电路板结构，板式线圈(1)叠放在预磁化的磁致伸缩带(2)上。

2.根据权利要求1所述的一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，其特征在于：所述板式线圈(1)包括排线(1-1)、电路板A(1-2)和电路板B(1-3)，排线(1-1)的两端分别连接在电路板A(1-2)和电路板B(1-3)上，排线(1-1)、电路板A(1-2)和电路板B(1-3)构成曲折线圈。

3.根据权利要求2所述的一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，其特征在于：所述电路板A(1-2)包括连接器(A-1)、排线连接器(A-2)、阻抗匹配网络(A-3)和铜导线(A-4)，连接器(A-1)的一端连接在检测设备上，连接器(A-1)的另一端通过导线连接在阻抗匹配网络(A-3)的一端，阻抗匹配网络(A-3)的另一端连接有铜导线(A-4)，铜导线(A-4)连接在排线连接器(A-2)上。

4.根据权利要求3所述的一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，其特征在于：所述电路板B(1-3)包括排线连接器(B-1)和铜导线(B-2)，排线连接器(B-1)和铜导线(B-2)连接，排线(1-1)的一端连接在排线连接器(A-2)上，排线(1-1)的另一端连接在排线连接器(B-1)上，排线(1-1)、排线连接器(A-2)和排线连接器(B-1)组成板式线圈。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种新型的磁致伸缩扭转导波换能器，其特征在于：所述板式线圈(1)和预磁化的磁致伸缩带(2)组合整体结构成板状。