[发明专利]基于巨磁致伸缩材料的管道导波传感器及制作和使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种管道的无损检测装置，特别涉及一种管道导波传感器的制作和使 用方法，属于无损检测技术领域。

背景技术

管道输送具有运输量大、损耗低、速度快等优势，在国防、能源、工业应用等领域正 发挥着越来越重要的作用。与此同时，管道泄漏事故的频繁发生也带来了极大的经济损失 及对生命安全造成极大的威胁。因此，对管道的维护及安全监测具有重要的意义。常规检测 有射线检验、超声检测、磁粉检测和液体渗透检测等。但这些常规检测往往费时费力。而超 声导波技术由于能实现大长度一次快速检测及在管道完整性评估上的优势受到了无损检 测领域的广泛关注。

管道导波检测技术是一种用于长管道的无损检测技术，它通过在被测物体内激励 机械振动来产生弹性导波，导波会沿着管壁传播。当遇到缺陷时，由于声阻抗的不同，一部 分能量会被反射形成波包，且由于传输波的频率较低可以一次检测较长的管道，通过对各 个波包的研究，可以找出各缺陷的位置和大小。

目前，常用的超声导波产生方法主要有两种，第一种是激励压电材料（如常用PZT 材料）产生振动，将振动耦合入管道引起管道的机械振动并产生导波。该方法受限于敏感材 料PZT本身的性能，驱动力不够高，制造的探头的信噪比较低。第二种方法是基于磁致伸缩 效应方法，磁致伸缩效应是指材料由于所处磁场发生改变而产生其在形状和尺寸上的变化 的效应，简言之就是随着磁场的变化，材料的尺寸会发生变化。当施加以交变磁场时，材料 就会反复伸长和缩短，产生振动和声波，从而将电磁能转化为机械能或声能。通过U型磁轭 及磁轭两端的永磁铁在被测钢管上产生一偏置磁场，然后在管道上绕制线圈，在线圈中通 以交变电流产生交变磁场，管道在叠加磁场中产生振动，振动的传播形成导波，这种检测方 法由于钢管本身磁致伸缩系数较小，其能量转换效率较低，故得到的损伤信号很弱。

与传统的压电陶瓷材料相比，作为一种新型的巨磁致伸缩材料铽镝铁（以下简称 Terfenol-D）具有应变大、能量密度高、响应速度快等特点，在室温下Terfenol-D的磁致伸 缩应变值是压电陶瓷的5～10倍，能量密度是压电陶瓷的10～14倍，能量转换系数高达0.7， 响应时间可达微妙级，频率特性好，工作频带宽。Terfenol-D将会成为一种能够替代压电陶 瓷的功能材料，具有远大的前景。目前Terfenol-D已被用于微位移制动器、力传感器执行 器、水声换能器等领域。

CN104122329A的专利申请公布说明书公开了一种“基于磁致伸缩导波的检测传 感器及检测系统及应用”的发明专利申请，该传感器用于换热管的检测，它是利用管道本身 的磁致伸缩性能产生导波，并用另一线圈接收导波，该法得到的信号弱，且不能应用于非导 磁材料制成管道的无损检测。

发明内容

本发明提出了一种基于巨磁致伸缩材料的管道导波传感器及制作和使用方法，采 用Terfenol-D材料制作的管道导波传感器，利用该管道导波传感器在管道中产生导波对管 道进行检测。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于巨磁致伸缩材料的管道导波传感器，包括软磁材料制成的倒U型磁路和巨磁 致伸缩材料制成的直线型磁路，在倒U型磁路外表面涂覆绝缘漆，并在倒U型磁路的上侧绕 有数层多匝线圈。倒U型磁路两侧的竖直边下端分别与直线型磁路两端上侧固定连接，在直 线型磁路两端与倒U型磁路两下端连接处外侧分别吸附一块永磁体构成磁回路，永磁体和 磁回路两端的连接面分别为S和N极。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的基于巨磁致伸缩材料的管道导波传感器，其中所述巨磁致伸缩材料为铽镝 铁。所述软磁材料为坡莫合金；永磁体材料为钕铁硼。

前述的基于巨磁致伸缩材料的管道导波传感器，其中所述管道导波传感器的倒U 型磁路厚度为1～2mm，高度为5～6mm，长度为20～22mm；倒U型磁路的上侧边宽度为2～3mm， 倒U型磁路两侧的竖直边的宽度为4～5mm。

前述的基于巨磁致伸缩材料的管道导波传感器，其中在直线型磁路绕有200～600 匝漆包线线圈。

一种基于巨磁致伸缩材料的管道导波传感器的制作及使用方法，包括以下步骤：

1）在倒U型磁路的上侧边用漆包线绕出200～600匝的线圈，并将倒U型磁路两侧的竖直 边下端粘接固定在直线型磁路两端；