[发明专利]一种单向线聚焦电磁超声斜入射体波换能器及采用该换能器检测金属内部缺陷的方法

说明书

技术领域

本发明涉及电磁超声无损检测领域，具体说就是一种电磁超声斜入射体波换能器。

背景技术

电磁超声换能器由于具有非接触的特性而广泛应用于高速高温等无损检测领域。电磁超声换能器可以激发多种类型的超声波，包括表面波，体波，水平切边导波，兰姆波等。与压电超声换能器不同，电磁超声换能器激发产生的超声波信号只有微伏级，远低于压电超声的信号强度，而且激发的声波沿双向发射，不利于缺陷位置的检测。其中，电磁超声斜入射体波换能器一般采用曲折线圈结构，通过控制线圈的间距和激发频率来实现不同角度的声波发射与接收。

授权号为ZL200810137485.3，发明名称为《斜入射体波技术钢板自动检测方法及其装置》中提到了一种电磁超声斜入射体波换能器，能够对75mm以下厚度钢板进行检测。也有学者提出了线聚焦的斜入射体波换能器，但是实验发现聚焦侧的效果比较好，但是非聚焦侧也有很强的声波分量，会对缺陷的准确检测造成影响。

申请号为200510091091.5，发明名称为《改进的主脉冲信号过载矫正电磁声换能器》中提出了一种新的电磁超声换能器，使用不同的电磁超声换能器线圈发射和接收超声波，缩短了主脉冲信号的持续时间，减小了两个线圈之间的耦合但是金属内部缺陷的检测准确性低。

但是上述专利没有解决超声波双向发射的问题。

发明内容

本发明为了解决现有线聚焦电磁超声斜入射体波换能器无法实现超声波单向发射，以及金属内部缺陷的检测准确性低问题，提出一种单向线聚焦电磁超声斜入射体波换能器及采用该换能器检测金属内部缺陷的方法。

本发明所述一种单向线聚焦电磁超声斜入射体波换能器，它包括永磁体、一号线圈和二号线圈；

一号线圈与二号线圈水平叠加设置，且一号线圈与二号线圈均置于永磁体正下方；

其特征是：永磁体的充磁方向为垂直充磁；

一号线圈的首端到聚焦点的距离与二号线圈的首端到聚焦线上同一点距离的差为通入该两个线圈的正弦信号波长的1/4，所述聚焦线为换能器在金属内部产生的超声波同相叠加的能量汇聚形成的线

一号线圈与二号线圈长度相同，每个线圈中相邻导线部分到聚焦线上同一点的距离的差为发射电路所发射的正弦信号的波长的1/2；

单向发射电磁超声表面波换能器还包括检测电路和上位机；

检测电路包括发射电路、控制电路、数据采集电路和接收电路；

检测电路的一个正弦信号输出与表面波信号接收端连接一号线圈的一端，一号线圈的另一端接地，检测电路的另一个正弦信号输出与表面波信号接收端连接二号线圈的一端，二号线圈的另一端接地，检测电路的检测信号输出端连接上位机的检测信号输入端；

发射电路的控制信号输入端连接控制电路的发射控制信号输出端，控制电路的采集控制信号输出端连接数据采集电路的采集控制信号输入端，接收电路的接收信号输出端连接数据采集电路的接收信号输入端，数据采集电路的采集信号输出端连接上位机的采集信号输入端；

所述发射电路的一个正弦信号输出与表面波信号接收端连接一号线圈的一端，发射电路的另一个正弦信号输出与表面波信号接收端连接二号线圈一端；

采用上述一种单向线聚焦电磁超声斜入射体波换能器检测金属内部缺陷的方法，该方法的步骤为：

步骤一、将待测金属件置于一号线圈和二号线圈的正下方；

步骤二、控制电路控制发射电路向一号线圈和二号线圈分别通入正弦脉冲信号，使永磁体产生垂直方向的磁场；所述向一号线圈和二号线圈通入的正弦脉冲信号的幅度相同，相位相差90度；

步骤三、在永磁体产生垂直方向的磁场的作用下，待测金属件内感生出涡流波，涡流波在外部静磁场的作用下产生力的作用，引起金属内部质点产生振动并形成超声波，所有质点产生的超声波叠加形成单向线聚焦的超声波；

步骤四、当步骤三中产生的聚焦超声波在金属内部遇到缺陷时被反射回来，采用一号线圈和二号线圈(接收该聚焦的超声波，并输入至接收电路；

步骤五、采用数据采集电路对接收电路接收到的聚焦超声波采集，并发送给上位机；

步骤六、上位机根据设定的聚焦点的位置获得金属件内部缺陷位置，完成金属件内部缺陷的检测。