[发明专利]用于管道超声导波探伤的压电换能器及其控制方法和应用

摘要

本发明公开了一种用于管道超声导波探伤的压电换能器及其控制方法和应用。本发明的压电换能器采用n个曲面换能板单元的上表面均匀地粘接在柔性基底的下表面，每一个曲面换能板单元的上表面为平面，下表面为曲面，作为工作面紧贴被测管道的外表面，n个并联的曲面换能板单元环绕沿着被测管道的外表面一周；在被测管道激励和接收单一模态的零阶扭转导波T(0，1)；本发明提出的压电换能器能量转换效率高、体积小尺寸紧凑，能够直接贴合在管道表面，非常适合用于管道健康监测，可以预见本发明将有力推动基于超声导波的管道健康监测的发展。

主权项

1.一种用于管道超声导波探伤的压电换能器，其特征在于，所述压电换能器包括：n个曲面换能板单元和一个柔性基底；其中，每一个曲面换能板单元的上表面为平面，粘接在柔性基底的下表面；所述曲面换能板单元的上表面的形状为矩形，四个侧面垂直于上表面，下表面为曲面，曲面沿着换能板厚度方向的投影与上表面全等，曲面的曲率与被测管道的外表面曲率一致，下表面作为工作面；曲面换能板单元采用极化后的压电材料，极化方向沿着工作面的弦长方向，具有压电系数d24；与极化方向平行的两个相对的侧面为电极面；n个曲面换能板单元的上表面均匀地粘接在柔性基底的下表面，n个曲面换能板单元的极化方向取向一致；n个曲面换能板单元的同侧的电极面分别采用一根导线电学连接一个电极柱，从而将n个曲面换能板单元并联；工作时，每一个曲面换能板单元的工作面紧贴被测管道的外表面，均匀分布在柔性基底的下表面的n个曲面换能板单元沿着被测管道的外表面周向均匀分布，并环绕沿着被测管道的外表面一周；在柔性基底的两端分别设有扣锁机构，通过扣锁机构将柔性基底的两端连接固定，使得压电换能器形成连接成一体的环形并固定在被测管道的外表面；所述压电换能器作为制动器激励被测管道的超声导波，或者作为传感器接收被测管道的超声导波；作为制动器时，信号发生器发出的激励信号经功率放大器放大后，连接至两个电极柱，同时激励n个曲面换能板单元，通过逆压点效应的d24模式在工作面产生面内剪切变形，对被测管道施加载荷，激励出超声导波；作为传感器时，被测管道的超声导波引起每个曲面换能板单元的工作面发生面内剪切变形，从而通过正压电效应的d24模式在电极面形成电位移，n个并联的曲面换能板单元将信号平均后，通过电极柱连接至前置放大器放大，通过数据采集数字模拟A/D卡传输到信号处理分析系统，n为≥2的自然数。