[发明专利]一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器

权利要求书

1.一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于：包括塑料外壳(2)、背衬阻尼层(3)和多层磁致伸缩薄层结构(4)，磁致伸缩薄层结构(4)包含两个正交缠绕式线圈和磁致伸缩薄片材料(6)，两个正交式线圈通电提供磁致伸缩薄片材料所需的静态偏置磁场和动态交流磁场，多层磁致伸缩薄层结构(4)通过作为耦合剂的环氧树脂(5)上下粘结形成多层堆叠结构，多层堆叠结构的四周围和顶面通过塑料外壳(2)包裹封装，多层堆叠结构的顶面与塑料外壳(2)内顶面之间设有用于衰减反方向微应变的背衬阻尼层(3)；每一层磁致伸缩薄层结构(4)中的磁致伸缩薄片材料(6)通过魏德曼效应产生剪切微应变，经线性叠加形成多层堆叠磁致伸缩剪切模态超声导波发射器的总输出微应变；

所述的两个正交缠绕式线圈包含相互正交缠绕在磁致伸缩薄片材料(6)上的直流偏置线圈(7)和动态交流线圈(8)，通电的直流偏置线圈(7)和动态交流线圈(8)分别提供磁致伸缩材料魏德曼效应所需的静态偏置磁场和动态交流磁场，使得每一层薄层结构中的磁致伸缩材料都将产生剪切微应变，并通过控制两个正交缠绕式线圈的通电电压和电流方向，使得相邻的两层磁致伸缩薄片材料(6)产生转向一致且相位相差90度剪切微应变，最后在所述导波发射器的输出端实现线性叠加，背衬阻尼层(3)使反方向的微应变衰减。

2.根据权利要求1所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于：相邻的两个所述磁致伸缩薄层结构(4)之间和多层堆叠结构最底部的磁致伸缩薄层结构(4)底面均设有用环氧树脂(5)形成的环氧树脂耦合层，多层堆叠结构最顶部的磁致伸缩薄层结构(4)顶面与塑料外壳(2)之间设有背衬阻尼层(3)。

3.根据权利要求1所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于：所述所有磁致伸缩薄层结构(4)中的直流偏置线圈(7)和动态交流线圈(8)缠绕方向相互相反交替布置。

4.根据权利要求1所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于：所述的两个正交缠绕式线圈中，直流偏置线圈(7)的通电电压波形为脉宽调制方波，提供直流偏置磁场；动态交流线圈(8)的通电电压波形为谐波式脉冲群，提供动态交流磁场；直流偏置线圈(7)通电电压的脉冲上升沿比动态交流线圈(8)通电电压上升沿提前，直流偏置线圈(7)通电电压的脉冲下降沿比动态交流线圈(8)通电电压下降沿延后。

5.根据权利要求1所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于：上下相邻的两个所述磁致伸缩薄层结构(4)中，两个正交缠绕式线圈的通电电流交替互换，即上层磁致伸缩薄层结构(4)中的直流偏置线圈(7)与下层磁致伸缩薄层结构(4)中的动态交流线圈(8)通电电流方向相反，上层磁致伸缩薄层结构(4)中动态交流线圈(8)在下层磁致伸缩薄层结构(4)中的直流偏置线圈(7)通电电流相同，使得两个正交缠绕式线圈产生的两个磁场方向相互垂直，上下相邻磁致伸缩薄层结构(4)中磁致伸缩薄片材料(6)磁畴偏转转向一致相位相差90度。

6.根据权利要求1-5任一所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于：所述的磁致伸缩材料采用Fe-Ni、Fe-Co、Fe-Ga、NiMnGa或Terfenol-D磁致伸缩薄层材料，厚度为0.05-1.0mm。

7.根据权利要求1-5任一所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于：所述的两个正交缠绕式线圈缠绕在磁致伸缩薄片材料(6)上，环氧树脂(5)将正交缠绕式线圈和磁致伸缩薄片材料(6)粘结成一体，同时具有良好的超声导波耦合特性。

8.根据权利要求1-5任一所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于：所述的背衬阻尼层(3)由环氧树脂和钨粉配制而成，其厚度为剪切模态超声导波的半波长。

9.根据权利要求1-5任一所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于：所述的磁致伸缩薄片材料(6)为正方形。