[发明专利]一种基于时间和空间脉冲压缩的电磁超声表面波收发装置

说明书

本发明提出一种基于时间和空间脉冲压缩的电磁超声表面波收发装置，包括脉冲压缩式电磁超声表面波换能器、激励电路、接收电路、采集电路和上位机。所述脉冲压缩式电磁超声表面波换能器，采用线性或非线性间距变化的排布方式，构成一组空间横向滤波器。换能器与激励电路的线性或非线性调频信号配合，可实现空间脉冲压缩。根据展宽器和压缩器配置方式的不同，可以组成四种不同时间、空间脉冲压缩的应用方式，实现将电磁超声表面波信号压缩成类δ函数形式，提高信号幅值、信噪比，提升检测分辨力。

技术领域

本发明属于电磁超声表面波无损检测技术领域，特别是涉及一种基于时间和空间脉冲压缩的电磁超声表面波收发装置。

背景技术

在航空航天、石油化工、汽车制造、材料加工等领域，存在大量金属管状和板状结构。在使用过程中，受到表面氧化、应力集中等因素的作用，管材和板材表面一些薄弱部位将产生裂纹、腐蚀等缺陷，造成结构的部分失效。因此，采用一定无损检测技术对管道和板材进行高效、快速、准确的检测，是保证工业安全的有效方法。

超声表面波主要集中在试件的表面和近表面，可以有效地检测这些区域中的缺陷，且其衰减慢、波模式单一，被广泛用于超声无损检测。电磁超声换能器可有效激发表面波，与传统的压电换能器相比，具有无需藕合、无需表面处理的特点，适用于例如高速、高温、在线检测等场合。目前，已经在石油化工、加工制造等领域取得一定应用，且具备很大的发展潜力。电磁超声换能器由线圈和永磁体组成，可用曲折线圈结构的电磁超声换能器激发表面波。由于电磁超声换能器能量转换效率低，接收信号通常较为微弱、信噪比较低。一般而言，在激励设备功率性能到达上限后，传统的提升回波信号强度的方式是增加激励信号周波数或者线圈匝数，但这增大信号时间宽度、损失时间分辨力。采用脉冲压缩技术，则可以再提升信号强度、信噪比的同时保证信号分辨力。而传统的脉冲压缩，是在时间域上利用匹配滤波原理进行的一种信号处理技术。在电磁超声表面波中，结合线圈特殊的空间分布，存在实现空间脉冲压缩的技术可能性。

发明内容

本发明目的是解决现有技术中的问题，提出了一种基于时间和空间脉冲压缩的电磁超声表面波收发装置。本发明可以利用换能器的曲折线圈结构构成空间横向滤波器，配合配套的激励电路，可使电磁超声表面波波包分布与线圈空间排布构成空间匹配关系，将空间域上较宽的一段信号压缩为时间域上很窄的一个尖峰脉冲信号。与传统的等间距电磁超声表面波换能器相比，具有更高的信号幅值和更强的分辨力。为金属管道和板状结构的非接触式无损检测应用，提高了信噪比和分辨力，保证了试件质量和安全。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明提出一种基于时间和空间脉冲压缩的电磁超声表面波收发装置，所述装置包括脉冲压缩式电磁超声表面波换能器、激励电路、接收电路、采集电路和上位机；所述换能器为一收一发换能器或收发一体换能器；当采用一发一收两个换能器，此时发射换能器连接于激励电路，接收换能器连接于接收电路；当采用收发一体的一个换能器，经由双工器连接于激励与接收电路；所述激励电路的信号为与换能器线圈适配的线性或非线性调频信号或单脉冲信号；所述脉冲压缩式电磁超声表面波换能器的线圈空间排布与激励电路信号适配，能够激发和接收波长非均匀分布的波包；所述接收电路对接收换能器信号进行放大滤波；所述采集电路对接收电路处理后的信号进行数字化高速采样；所述上位机对采集数据进行分析计算和波形绘制。

进一步地，所述脉冲压缩式电磁超声表面波换能器由永磁体和线圈构成，永磁铁长宽尺寸大于线圈；所述线圈包括单导线线圈和非均匀分布的多导线曲折线圈；所述非均匀分布的多导线曲折线圈为采用线性间距变化或非线性间距变化的线圈，当作为发射换能器且施加单脉冲激励信号时，可作为信号展宽器使用；当作为接收换能器且接收电磁超声波包时，可作为信号压缩器使用。

进一步地，采用一收一发换能器时，可构成四种不同配置形式，分别为：时间展宽-时间压缩、空间展宽-空间压缩、空间展宽-时间压缩、时间展宽-空间压缩；