[发明专利]可变发射角度范围的电磁超声换能器

说明书

技术领域

本发明涉及板材缺陷检测和健康监测技术领域，特别涉及一种可变发射角度范围的电磁超声换能器。

背景技术

板材在各行各业中被普遍应用于构建建筑结构和设施，而这些板材在出厂前可能包含生产过程中引发的缺陷，在出厂并经过长时间的使用之后也可能产生由环境和应力疲劳等因素引起的各种缺损，有必要对这些板结构中可能含有的缺陷进行及时的主动检测，从而避免缺损进一步扩大甚至是发生断裂，确保由其建立的建筑和设施的完整性，保障人们生产和生活的安全顺利进行。此外，也可考虑采用长期监测机制持续关注板结构的健康状况，更全面地掌握结构件在服役全过程的演变情况，进而预测其使用寿命。结构件缺陷检测和结构健康监测通常采用无损检测方法，而基于超声导波的检测方法又以其在一点检测结构一条线的快速、高效的优点而受到人们的关注。

与传统的激励超声体波的情况相似，目前用于激励超声导波的换能器多为压电换能器，这种换能器自成体系生成导波，之后导波依赖液体耦合介质的辅助传播到被测构件中去。这种对于耦合介质的需求，以及使用压电换能器难以激励横波的特点，使得压电换能器的应用受到限制。鉴于此种情况，人们根据电磁场的力学效应发明了电磁超声换能器(EMAT)。在EMAT中，偏置磁场、高频电流线圈和被测导电结构构成了三个组成部分，依靠电磁效应直接在被测构件中激励出导波，因而通常具有非接触、无需耦合的重要优点。在具体的电磁-力转化机理方面，EMAT通常基于洛伦兹力和磁致伸缩效应。在导电非铁磁材料中只有洛伦兹力，在铁磁材料中通常两种效应都存在，且磁致伸缩效应占主导地位。

而普通的EMAT一旦使用就无法再次变更导波的激发与接收方向，对于某些特殊的工业应用造成了很大的不便。

相关技术中提出一种全向SH导波电磁超声换能器，基于磁致伸缩效应原理生成SH导波，并可全方向激发和接收导波的超声换能器结构。该发明可检测平板材料内各个方向的缺陷，但只能确定缺陷与电磁超声换能器之间距离，无法确定缺陷的具体位置，且能量强度、信噪比较低，由于向四周激发导波，导波会形成互相的干扰，降低了定位精度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明提出一种可变发射角度范围的电磁超声换能器，该电磁超声换能器提高了信噪比与定位精度。

根据本发明实施例的可变发射角度范围的电磁超声换能器包括：开口圆环状导磁合金带；多个开口金属环，多个所述开口金属环设在所述开口圆环合金带且同心设置；旋转滑块，所述旋转滑块可旋转地设在开口圆环状导磁合金带上且所述旋转滑块的旋转轴线穿过多个所述开口金属环的共同圆心，所述旋转滑块上设有多个弧形凹槽和随所述旋转滑块运动的若干导线，多个所述开口金属环分别配合在多个所述弧形凹槽内且每个所述导线与相邻两个所述开口金属环接触；调控组件，所述调控组件与所述旋转滑块相连以控制所述旋转滑块旋转。

根据本发明实施例的可变发射角度范围的电磁超声换能器，通过调控组件改变旋转滑块在开口圆环状导磁合金带的位置，且产生的导波与旋转滑块指向一致，使得电磁超声换能器激发的导波能量集中，提高了信噪比与定位精度，且可以准确定位待检测板材结构缺陷的位置。

另外，根据本发明实施例的可变发射角度范围的电磁超声换能器，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述调控组件包括：转轴，所述旋转滑块通过所述转轴可旋转地安装在所述开口圆环状导磁合金带上；从动齿轮，所述从动齿轮传动连接在所述转轴上；主动齿轮，所述主动齿轮通过传动齿轮与所述从动齿轮传动配合；调节按钮，所述调节按钮与所述主动齿轮传动连接。

根据本发明的一个实施例，所述主动齿轮与所述从动齿轮的传动比为1:1。

根据本发明的一个实施例，所述调节按钮上设有与所述旋转滑块的长度方向平行的指针。

根据本发明的一个实施例，可变发射角度范围的电磁超声换能器还包括：壳体，所述开口圆环状导磁合金带安装在所述壳体上且与所述壳体共同限定出腔室，多个所述开口金属环、所述旋转滑块、所述转轴、所述传动齿轮、所述从动齿轮、所述主动齿轮位于所述腔室内且所述调节按钮从所述壳体露出，其中所述转轴、所述传动齿轮和所述调节按钮安装在所述壳体上。

根据本发明的一个实施例，在所述第一转轴的径向上，所述壳体为有机玻璃壳体。

根据本发明的一个实施例，所述可变发射角度范围的电磁超声换能器还包括：滑动轴承，所述滑动轴承的一端与所述旋转轴相连且另一端与所述壳体相连。