[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

说明书

本发明涉及电磁超声技术领域，提供一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器及其设计方法，所述电磁超声换能器包括：永磁铁、金属线圈单元和酯类固体胶；所述永磁铁的底面开设弧形凹槽，开设弧形凹槽之后永磁铁呈拱形结构，所述永磁铁的弧形凹槽之内设置金属线圈单元；所述金属线圈单元，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；所述酯类固体胶填充永磁铁和曲折线圈之间空隙；曲折线圈与被测试件不相接触；曲折线圈设置于被测试件上方。本发明能够避免激发导波的多模态现象，激发出单一模态导波，转换效率显著提升。

技术领域

本发明涉及电磁超声技术领域，尤其涉及一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器及其设计方法。

背景技术

随着国家经济快速发展，金属板材广泛应用于各行各业，然而在金属板材生产，加工及使用的过程中，不可避免的会出现各种各样的缺陷，如金属表面划伤、内部裂痕等，于是无损检测作为一种在不破坏被测试件的前提下，检测被测试件表面及内部缺陷，并且提供缺陷具体信息的技术，大量用于金属板材的缺陷检测。而在无损检测领域，电磁超声检测技术由于其检测范围广、检测精度高、不需要耦合剂及复杂的预处理技术等优点使检测更加简单容易，大大提高生产效率。

但是，现有技术的电磁超声换能器换能效率低、导波的频散特性以及多模态特性导致在检测时信号杂乱，检测效率低，所以如何提高电磁超声检测技术的检测效率成为一大热点性问题。

发明内容

本发明主要解决现有技术的电磁超声兰姆波换能器的多模态特性导致在检测时信号杂乱，检测效率低的技术问题，提出一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器及其设计方法，以提高无损检测的效率，显著提升转换效率。

本发明提供的一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器，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。

优选的，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。

对应的，本发明还提供一种产生单一模态兰姆波的电磁超声换能器的设计方法，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：