[发明专利]一种方向可控的线聚焦斜入射SV波电磁超声换能器

权利要求书

1.一种方向可控的线聚焦斜入射SV波电磁超声换能器，用于对金属构件进行扫查，其特征在于，包括换能器主体以及旋转扫查单元；

所述换能器主体包括用于产生静磁场的永磁体滑块(11)和用于产生感应涡流的双变间距螺旋线圈(12)，所述永磁体滑块(11)产生的静磁场的方向垂直于所述双变间距螺旋线圈(12)；

其中，所述双变间距螺旋线圈(12)从线圈开口侧至线圈另一侧的相邻两根导线间距随所述永磁体滑块(11)的旋转角度的增大而呈递增，且所述双变间距螺旋线圈(12)的相邻两根导线间距满足相邻两根导线分别到聚焦点焦线之间的长度的差为1/2个波长，如下表达式：

式中，x_i为水平方向上第i个点声源的坐标，x_F为聚焦点横坐标，c为超声横波在试件中的波速，f为激励信号频率，y_F为预设的聚焦深度或聚焦点纵坐标。

2.根据权利要求1所述的一种方向可控的线聚焦斜入射SV波电磁超声换能器，其特征在于，所述旋转扫查单元包括：

外缘框架(21)，所述外缘框架(21)的下部内壁上设置有所述双变间距螺旋线圈(12)；

设置在所述外缘框架(21)内部的固定转轴(22)，所述固定转轴(22)与所述永磁体滑块(11)固定连接；

与所述固定转轴(22)传动连接的方向调节旋钮(23)；以及

固定在所述外缘框架(21)的下部内壁上的转轴底座(26)，所述转轴底座(26)与固定转轴(22)远离所述方向调节旋钮(23)的一端活动连接。

3.根据权利要求2所述的一种方向可控的线聚焦斜入射SV波电磁超声换能器，其特征在于，所述旋转扫查单元还包括滑动轴承(24)以及结构支撑架(25)；

其中，所述滑动轴承(24)套设在所述固定转轴(22)上，所述滑动轴承(24)的外壁上固定套设有结构支撑架(25)，结构支撑架(25)远离所述滑动轴承(24)的一端固定在所述外缘框架(21)的内壁上。

4.根据权利要求1所述的一种方向可控的线聚焦斜入射SV波电磁超声换能器，其特征在于，所述永磁体滑块(11)为长方体结构。

5.根据权利要求1所述的一种方向可控的线聚焦斜入射SV波电磁超声换能器，其特征在于，所述双变间距螺旋线圈(12)为螺旋结构。

6.根据权利要求1所述的一种方向可控的线聚焦斜入射SV波电磁超声换能器，其特征在于，所述永磁体滑块(11)采用钕铁硼永磁铁材料制成。

7.根据权利要求1所述的一种方向可控的线聚焦斜入射SV波电磁超声换能器，其特征在于，所述双变间距螺旋线圈(12)为PCB印制而成。

8.一种根据权利要求1-7任一项所述的双变间距螺旋线圈的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：

步骤1：根据实际检测场景需要来确定所设计线圈的激励频率f及初始斜入射角至终止斜入射角的变化范围；

步骤2：将各匝的双变间距螺旋线圈(12)简化为二维平面，以第一个线圈中心点为原点建立二维笛卡尔坐标系，各匝的双变间距螺旋线圈(12)沿x轴正半轴分布；

步骤3：根据预设的斜入射角度θ与预设的聚焦深度y_F计算聚焦线圈的聚焦点坐标(x_F，y_F)，其中，x_F＝-tanθ*y_F；

步骤4：根据各斜入射角度的聚焦点坐标和起始线圈坐标计算第i个双变间距螺旋线圈(12)的中心点坐标(x_i，0)；

步骤5：通过极坐标变换，将所有斜入射角度的各匝的双变间距螺旋线圈(12)坐标变换为极坐标形式，并以相同的旋转角度对各组线圈在周向范围内进行排布，最终形成一个完整的螺旋线圈。