[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

说明书

本发明公开了一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器。磁致伸缩薄层结构包含两个正交缠绕式线圈和磁致伸缩薄片材料，多层磁致伸缩薄层结构通过环氧树脂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包裹封装，多层堆叠结构的底面连接被测物体进行检测，多层堆叠结构的顶面与塑料外壳内顶面之间设有用于衰减反方向微应变的背衬阻尼层；每一层磁致伸缩薄层结构中的磁致伸缩薄片材料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。本发明克服了磁致伸缩材料饱和特性对磁致伸缩剪切模态超声导波发射器微应变输出的限制，提升磁致伸缩剪切模态发射器的发射功率。

技术领域

本发明涉及一种超声导波发射器，特别涉及一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，属于无损检测探头换能器领域。

背景技术

石化行业的管道、储罐等装置在运行过程中不可避免地会出现腐蚀、磨损、疲劳裂纹等缺陷，对装置的运行带来了极大的安全隐患。传统的漏磁、涡流、射线等检测方法虽然可以实现管道、储罐等装置的无损检测，但是其检测覆盖范围小，难以满足长距离大范围工程结构的无损检测需要。

超声导波是一种长距离无损检测技术，具有单点激励、检测范围广，检测效率高，可以实现全截面覆盖等优点，因此在石化行业的管道、储罐等装置的无损检测中有着广泛的应用。管道中的T(0,1)模态和板结构中SH0模态因其频散小而广泛使用，这两种模态都是剪切模态，且剪切模态超声导波具有不扩散到流体介质的优点，因此剪切模态成为目前超声导波检测中的重要模态。剪切模态超声导波检测采用的发射器有压电式、磁致伸缩式等，其中磁致伸缩剪切模态超声导波发射器具有结构紧凑，环境适应性强等优点，在超声导波检测中具有良好的应用前景。

常规的磁致伸缩剪切模态超声导波发射器的结构和原理可以参考申请号为US8358126B2的美国发明专利，磁致伸缩剪切模态超声导波发射器以线圈产生的电磁场作为激励磁场，以永磁体的磁场作为偏置磁场，激励磁场与偏置磁场正交布置在磁致伸缩薄片材料上，由磁致伸缩效应产生剪切模态超声导波。

申请号为201210125086.1的发明专利以PCB基板上的回折线圈产生激励磁场，以铁镍合金带预磁化的剩余磁场作为偏置磁场，通过磁致伸缩效应产生剪切模态超声导波。该超声导波发射器在结构上更加紧凑，实现了超声导波发射器小型化。

管状结构中的T(0,1)模态和板状结构中的SH(0,1)模态因其频散小，检测信号信噪比高，是导波检测中最为常用的模态，采用剪切模态的发射器是产生T(0,1)模态和SH(0,1)模态最直接的方式，而提高导波发射器的换能效率就可以直接改善超声导波信号的信噪比，进而提高缺陷的辨识能力，提高导波发射器的输出功率就可增大检测距离。为提高磁致伸缩超声导波发射器换能效率和输出功率，申请号为201210125086.1的发明专利提出了多分裂的回折线圈方案，申请号为201410096364.4的发明专利提出了多层回折线圈方案，其本质都是通过提高回折线圈等效安匝数达到增强激励电磁场，在磁致伸缩薄片材料上获得较大的磁致伸缩微应变的目标。

但是上述发明换能材料采用的都是单片磁致伸缩薄片材料结构，通常选用厚度约0.1mm的轧制镍合金薄片材料或铁钴合金薄片材料。磁致伸缩薄片材料的磁致伸缩效应具有饱和特性，即激励磁场强度超过某个阈值后，激励磁场强度增大将不会引起磁致伸缩微应变增大。因此当单片磁致伸缩薄片材料处于饱和点时，上述技术方案无法达到增大磁致伸缩微应变的目标。

为了突破磁致伸缩薄片材料饱和特性对磁致伸缩剪切模态超声导波发射器微应变输出的限制，本发明提出了一种多层堆叠磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，采用磁致伸缩微应变叠加原理实现超声导波发射器输出功率的提升。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种多层堆叠磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，能够克服磁致伸缩薄片材料的磁致伸缩效应饱和特性对超声导波发射器微应变输出的限制，提升超声导波发射器的输出功率。