[发明专利]一种全向性的水平剪切模态磁致伸缩传感器

说明书

技术领域

本发明为一种全向性的水平剪切模态磁致伸缩传感器，属于超声无损检测领域，可在板结构中激励全向性的水平剪切模态。

背景技术

全向性传感器在360°方向上具有相同的指向性，利用全向性传感器及其阵列能够实现对板结构的大范围、高效率的结构健康监测和无损评价(Structural Health Monitoring,SHM& Nondestructive Evaluation,NDE)。但目前已经应用到SHM和NDE中传感器类型都为全向性的Lamb波传感器，研制一种能够激励出全向性水平剪切模态SH波的传感器实现SHM和NDE很有意义和价值。而且，低阶的水平剪切模态SH0波，具有非频散特性，传播距离远等特性，对于缺陷检测及成像有着很大潜力和优势。

目前，常用的激励超声导波主要两种方式，一种方式是基于材料压电效应的压电传感器。如常见的圆柱形压电片，只能激励出全向性Lamb波；另一种方式是基于电磁耦合效应的电磁超声传感器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)。EMAT有两种工作机理，洛伦兹力和磁致伸缩效应，其结构多变，可设计性强，改变线圈排布与偏置磁场方向，可以激励出不同模态导波。基于EMAT不同的工作机理，共有两类能激励出水平剪切模态电磁超声传感器，一类基于洛伦兹力，由于涡流效应，通电线圈在导电试件表面形成的涡流在偏置磁场作用下产生洛伦兹力，激发出超声波，如周期永磁铁式EMAT；另一类基于磁致伸缩效应，利用通电导线产生交变的动磁场在铁磁性材料中产生磁致伸缩力，使磁畴产生变形，激发出超声波，而且，同一个EMAT为一个可逆传感器，可用来接收超声波。迄今为止，所研制的水平剪切模态传感器都具有一定的指向性，能在板中激励出全向性的水平剪切模态SH波的传感器鲜见报道。

发明内容

为了满足全向性的要求，设计一种能激励全向性的水平剪切模态磁致伸缩传感器。

为了实现上述目的，本发明采用如下设计方案：

全向性的水平剪切模态磁致伸缩传感器，包括圆柱状铷铁硼磁铁(1)、环形镍片(2)、环形有机玻璃片(3)、手工绕制线圈(4)，其特征在于：圆柱状铷铁硼磁铁(1)、环形镍片(2)、环形有机玻璃片(3)、手工绕制线圈(4)四者形心在垂直方向上重合；环形镍片(2)置于环形有机玻璃片(3)构成的绕线底板上表面，沿着环形镍片(2)与环形有机玻璃片(3)周向手工绕制线圈(4)，距离手工绕制线圈(4)正上方一段距离置有圆柱状铷铁硼磁铁(1)。

所述的圆柱状铷铁硼磁铁(1)的底面到手工绕制线圈(4)距离的范围为5mm-15mm。

所述的环形镍片(2)内半径r_i=λ/4，外半径为r_o=3λ/4，而λ=v_p/f_c，λ、v_p分别为设计的全向性的水平剪切模态磁致伸缩传感器理论中心频率f_c对应产生水平剪切模态SH波的波长和相速度。

所述的环形有机玻璃片(3)作为绕线底板，厚度范围为0.5mm-1.0mm，并在环形有机玻璃片(3)接近外圈边缘处加工一圈等间距的圆孔，环形有机玻璃片(3)内圈边缘加工一圈等间距的圆弧槽，数目都为2n个，圆孔和圆弧槽沿径向一一对应，将分布在环形有机玻璃片(3)底板上同一径向上圆孔和圆弧槽看成一个单元，则环形有机玻璃片底板有2n个间隔均匀单元。