[发明专利]一种全向型A0模态兰姆波电磁超声换能器

说明书

一种全向型A0模态兰姆波电磁超声换能器，解决了现有A0模态兰姆波电磁超声换能器的模式单一性差、换能效率低和激发兰姆波强度小的问题。所述换能器：圆柱形磁铁与第一～第N空心圆柱形磁铁均通过背板竖直、同轴且同形心地由内向外地设置在壳体的内部。相邻的两个磁铁极性相反设置。在壳体的开口端上、沿着圆柱形磁铁的外缘和空心圆柱形磁铁的内、外缘设置有宽度相等的环形子线圈。同一空心圆柱形磁铁内、外缘的两个环形子线圈同向绕制，相邻的两个空心圆柱形磁铁内缘的两个环形子线圈反向绕制，圆柱形磁铁外缘和第一空心圆柱形磁铁内缘的两个环形子线圈反向绕制。第一环形子线圈的内径为λ‑W，相邻环形子线圈的最小间距为0.5λ‑W。

技术领域

本发明涉及一种电磁超声换能器，属于电磁超声检测技术领域。

背景技术

无损检测是在不损害或不影响被检测对象使用性能的前提下，采用射线、超声、红外和电磁等原理技术并结合仪器对材料、零件、设备进行缺陷、化学和物理参数检测的技术。无损检测是工业发展必不可少的有效工具，在一定程度上反映了一个国家的工业发展水平，其重要性已得到公认。

近年来，超声层析成像技术作为一种新兴的无损检测技术而逐步受到了关注。与传统的无损检测技术相比，超声层析成像技术能够获得被检测样品的大量直观信息。这些信息是对物体缺陷进行定性和定量分析的有效依据。

现有的超声层析成像方法主要分为电磁超声层析成像法和压电超声层析成像法。相比于压电超声层析成像法，电磁超声层析成像法因无需使用耦合剂而更适合用于高温、高速和被检测样品粗糙等检测场合。除此之外，压电超声层析成像法因耦合剂的使用而易增大走时信息的测量误差，进而影响后续的成像质量。

电磁超声层析成像法基于能够激发兰姆波的电磁超声换能器实现。然而，现有的A0模态兰姆波电磁超声换能器的模式单一性较差，即易同时激发A0模态兰姆波和S0模态兰姆波。除此之外，现有的A0模态兰姆波电磁超声换能器还存在换能效率低和所激发兰姆波强度小的问题。

发明内容

本发明为解决现有A0模态兰姆波电磁超声换能器的模式单一性差、换能效率低和所激发兰姆波强度小的问题，提出了一种全向型A0模态兰姆波电磁超声换能器。

本发明所述的全向型A0模态兰姆波电磁超声换能器用于对各向同性的非铁磁金属板材进行超声层析成像；

所述电磁超声换能器包括壳体、背板、圆柱形磁铁、第一空心圆柱形磁铁～第N空心圆柱形磁铁和线圈；

圆柱形磁铁与第一空心圆柱形磁铁～第N空心圆柱形磁铁等高，第一空心圆柱形磁铁～第N空心圆柱形磁铁的端面均为环形，所述环形的环宽相等且内径依次等差增大；

壳体的一端开口，圆柱形磁铁与第一空心圆柱形磁铁～第N空心圆柱形磁铁均通过背板竖直、同轴且同形心地设置在壳体的内部，圆柱形磁铁位于第一空心圆柱形磁铁的内部，圆柱形磁铁远离背板的一端与壳体的开口端平齐，圆柱形磁铁与第一空心圆柱形磁铁极性相反设置，相邻的两个空心圆柱形磁铁极性相反设置；

所述线圈包括第一环形子线圈～第2N+1环形子线圈，第一环形子线圈～第2N+1环形子线圈同形心地设置在壳体的开口端上，并分别紧密地沿着圆柱形磁铁的外缘、第一空心圆柱形磁铁的内、外缘至第N空心圆柱形磁铁的内、外缘分布，圆柱形磁铁与第一环形子线圈同轴设置；

第一环形子线圈～第2N+1环形子线圈的宽度相等；

分布在同一空心圆柱形磁铁内、外缘的两个环形子线圈同向绕制；

分布在相邻的两个空心圆柱形磁铁内缘的两个环形子线圈反向绕制；

分布在圆柱形磁铁外缘和第一空心圆柱形磁铁内缘的两个环形子线圈反向绕制；

第一环形子线圈的内径D0＝λ-W，其中，λ为所述电磁超声换能器激发的A0模态兰姆波的波长，W为环形子线圈的宽度；