[发明专利]一种全向型A0模态Lamb波电磁声传感器有效

专利信息
申请号: 201510206496.2 申请日: 2015-04-27
公开(公告)号: CN104820024B 公开(公告)日: 2017-10-13
发明(设计)人: 刘增华;胡亚男;谢穆文;吉美宁;刘秀成;何存富;吴斌 申请(专利权)人: 北京工业大学
主分类号: G01N29/24 分类号: G01N29/24;G01N29/04
代理公司: 北京思海天达知识产权代理有限公司11203 代理人: 沈波
地址: 100124 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 全向 sub 模态 lamb 电磁 传感器
【说明书】:

技术领域

发明为一种全向型A0模态Lamb波电磁声传感器,属于超声无损检测领域,其可在板结构中激励全向型的单一A0模态Lamb波。

背景技术

金属板材作为一种基本的工业原材料,被广泛的应用于航空航天、土木、机械等领域。但目前金属板材在生产过程中不可避免的存在裂纹、分层、夹杂等缺陷,所以利用无损检测技术对其进行质量检测是非常有必要的。超声导波技术是一种新兴的无损检测新技术,相比传统的检测方法,其具有检测范围大、效率高、衰减小等优点,对于结构表面缺陷和内部缺陷都相当敏感,因此超声导波技术广泛应用于多类工程结构的无损评价和健康监测。 Lamb波是在板结构中传播的超声导波,常用的Lamb波检测模态主要包括零阶反对称模态 (A0模态)和零阶对称模态(S0模态)两种。与S0模态相比,A0模态的质点振动位移以离面位移为主,且波长更短,故其对板中的缺陷更为敏感,适用于板结构中缺陷的精确检测。

目前,常用的超声Lamb波传感器主要有压电传感器(PZT)和电磁声传感器 (Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)两种。在使用压电传感器时,必须要在被测试件表面涂抹纯净均匀的耦合剂,由于耦合剂的介入使得压电超声技术的应用受到了一些限制,例如不适合用于高温、高速、表面粗糙试件的检测,再如检测的盲区比较大,检测效率底等。与压电传感器相比,EMAT具有非接触、无需耦合介质、对被测件表面要求不高、方便产生各种模态超声导波等诸多优点,可应用于高温、有隔离层等特殊场合。

电磁声传感器一般主要包括磁铁和线圈两部分。通过改变磁铁和线圈的结构形式,可设计出不同类型的电磁声传感器。1997年,Guo等利用回折线圈和方形永磁体,设计出一种指向性A0模态电磁声传感器,并进行了铝板中凹槽缺陷的检测试验,得出了Lamb波的散射场模型。指向性传感器是指其波束具有一定的方向性,即主能量分布于某一特定方向。而全向型传感器在360°方向上具有相同的指向性,因此利用全向型传感器及其阵列能够实现板结构的大范围、高效率的检测。2010年,焦敬品等基于洛伦兹力原理,利用螺旋线圈和圆柱形永磁体,设计出一种全向型S0模态电磁声传感器。2013年,刘增华等基于磁致伸缩效应,设计并制作一种全向型S0模态磁致伸缩传感器,并进一步利用研制的传感器组成稀疏传感器阵列,实现了铝板中缺陷的定位与成像。2014年,黄松岭等利用螺旋形回折线圈和圆柱形永磁铁,设计出一种全向型A0模态电磁声传感器,但该传感器激励导波的能量和信噪比较低,且模态单一性问题有待提高。

发明内容

本发明旨在设计一种全向型A0模态Lamb波电磁声传感器,在360°方向上具有相同的指向性,其性能要优于窄带和无指向性的传感器,利用这种全向型传感器及其阵列结合成像算法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)。

为了实现上述目的,本发明采用如下设计方案:

全向型A0模态Lamb波电磁声传感器,包括圆柱状铷铁硼磁铁1,环形铷铁硼磁铁2,支撑套3,柔性电路板中螺旋形回折线圈4;具体而言,圆柱状铷铁硼磁铁1安装在支撑套 3中,支撑套3嵌套在环形铷铁硼磁铁2内,且三者形心完全重合;柔性电路板中螺旋形回折线圈4置于环形铷铁硼磁铁2的下端,并与之紧密接触。

所述的全向型A0模态Lamb波电磁声传感器,其特征在于:圆柱状铷铁硼磁铁1、环形铷铁硼磁铁2均沿厚度方向极化,二者组成同心磁铁对,且同一端处极性相反。

所述的全向型A0模态Lamb波电磁声传感器,其特征在于:支撑套3的材料为有机玻璃,其形貌为一个同心圆环,用于磁铁的安装与定位。

所述的全向型A0模态Lamb波电磁声传感器,其特征在于:柔性电路板中螺旋形回折线圈4,采用双层螺旋形回折式布线方式,使得相邻两根导线中电流方向相反,每相邻两根导线间距为l,螺旋形回折线圈的内径d为导线间距l的3倍。

本发明可以获得如下有益效果:

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