[发明专利]产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器及其设计方法

权利要求书

1.一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器，其特征在于，包括：永磁铁(1)、金属线圈单元(2)和酯类固体胶(4)；

所述永磁铁(1)的底面开设弧形凹槽，开设弧形凹槽之后永磁铁(1)呈拱形结构，所述永磁铁(1)的弧形凹槽之内设置金属线圈单元(2)；

所述金属线圈单元(2)，包括：多层并联的曲折线圈；所述曲折线圈从底层向上层弯折数逐渐减小；下一层的曲折线圈与其上一层的曲折线圈连接；

所述酯类固体胶(4)填充永磁铁(1)和曲折线圈之间空隙；曲折线圈与被测试件(3)不相接触；曲折线圈设置于被测试件(3)上方。

2.根据权利要求1所述的产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器，其特征在于，所述金属线圈单元(2)设置三层曲折线圈，底层曲折线圈具有五处弯折，中层曲折线圈具有三处弯折，上层曲折线圈具有一处弯折。

3.一种根据权利要求1或2所述的产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器的设计方法，其特征在于，包括以下过程：

步骤100，获取用户输入的电磁超声换能器参数，所述电磁超声换能器参数包括拱形结构中弧形凹槽的宽度和高度；

步骤200，根据以下公式确定拱形结构中弧形凹槽的宽度、高度和半径的关系为：

其中，w表示拱形结构中弧形凹槽的宽度，h表示拱形结构中弧形凹槽的高度，R表示拱形结构的弧形凹槽的半径；

步骤300，通过以下公式确定永磁铁1上任意a点的坐标为：

利用拱形结构中弧形凹槽的宽度、高度和半径的关系，得到以下公式：

步骤400，通过以下公式确定在永磁铁1弧形凹槽中酯类固体胶4的任意b点到a点的距离为：

其单位矢为：

步骤500，根据磁场强度公式确定永磁铁1对b点的磁场强度为：

其中，μ₀表示真空中的磁导率；q_m表示磁荷的数值；表示磁荷位置与距离磁荷r处连线的单位矢；

步骤600，根据同一个永磁铁1，每一处的磁荷数值相同，并利用公式(2)、公式(3)、公式(6)，得到永磁铁1对b点的磁场强度为：

即：

步骤700，根据公式(5)、公式(6)将磁场强度分解为水平方向分量H_bx和垂直方向分量H_by：

步骤800，由于要求产生垂直方向的磁场强度，将H_bx设置为0，得到如下公式：

步骤900，利用公式(10)进行数学运算，可得拱形结构中弧形凹槽的宽度与高度的倍数系数：

其中，k表示拱形结构中弧形凹槽的宽度与高度的倍数系数；

步骤1000，根据确定拱形结构中弧形凹槽的宽度与高度的倍数系数，进而得到产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器。