[发明专利]一种能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器及检测方法

权利要求书

1.一种能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器，其特征在于，包括线圈-永磁铁单元和被检管道；

所述线圈-永磁铁单元包括线圈(2)和永磁铁(1)；所述线圈(2)为若干匝的跑道形线圈；所述线圈上面设有两组永磁铁(1)，每组为若干片，所述两组永磁铁分别置于跑道形线圈中两个直线排布部分的上面，每组永磁铁组内的磁极呈周期性交错排列以及两组永磁铁端点处的磁极相反；

所述线圈-永磁铁单元设置在所述被检管道的两个端点附近，分别作为激励换能器和接收换能器；所述激励换能器和所述接收换能器结构一致，分别由若干个所述线圈-永磁铁单元沿被检管道周向分布构成。

2.根据权利要求1所述的一种能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器，其特征在于，每组永磁铁整体的宽度与跑道形线圈直线排布部分的长度相等、且长度大于或等于跑道形线圈结构中直线排布部分线圈宽度的1.2倍。

3.根据权利要求1所述的一种能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器，其特征在于，两组永磁铁中的每片永磁铁(1)均与跑道形线圈的直线排布部分相垂直。

4.根据权利要求1所述的一种能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器，其特征在于，所述线圈(2)在被检管道上面呈单层布置。

5.根据权利要求1所述的一种能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器，其特征在于，所述线圈-永磁铁单元沿被检管道周向均匀分布、且跑道形线圈的直线排布部分与被检管道轴线平行；优选被检管道一周均匀布置4个线圈-永磁铁单元。

6.根据权利要求1所述的一种能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器，其特征在于，所述跑道形线圈(2)匝数为50匝，所述每组永磁铁(1)为4片。

7.根据权利要求6所述的一种能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器，其特征在于，所述跑道形线圈内侧宽22mm、外侧宽69mm，线圈中直线排布部分长40mm、宽23.5mm。

8.根据权利要求6所述的一种能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器，其特征在于，所述每组永磁铁中的单片永磁铁长30mm、宽10mm。

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的能够产生扭转导波的非接触式的电磁超声换能器的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将线圈绕制成若干匝的跑道形结构，采用密绕形式，每匝线圈的绕线方向一致；

S2、将若干个跑道形线圈覆盖在所述被检管道靠近一端的管道表面，作为激励换能器，并将若干片永磁铁按磁极呈周期性交错的形式排列在每个线圈中直线部分的上面，每个线圈的两个直线部分均排列若干片永磁铁，且这两个直线部分永磁铁端点处的磁极相反；激励换能器中的若干个线圈沿被检管道表面周向均匀分布，各跑道形线圈的直线排布部分与被检管道轴线平行；

S3、在所述被检管道另一端的端部附近按S2所述的方式排布另一组换能器，作为接收换能器，接收换能器的线圈数量和激励换能器的线圈数量保持一致，永磁铁为沿厚度方向充磁的铷铁硼永磁铁，其长度大于或等于跑道形线圈结构中直线排布部分线圈宽度的1.2倍，永磁铁将线圈直线部分完全覆盖；

S4、将频率为数百千赫兹的数个周期正弦信号经过汉宁窗调制后加载到激励换能器的各激励线圈的两端，使得激励线圈在管道表面线圈覆盖处集肤深度内感应出涡电流，永磁铁产生一个垂直于管道表面的偏置磁场，被检管道内运动的电子在磁场中受到洛伦兹力作用同时撞击被检管道内的晶格，在被检管道的周向形成周期性振动，该振动在被检管道内传播而激发出扭转模态的导波；

S5、将接收换能器与示波器相连接，利用示波器显示波包，通过测量发射信号经过缺陷反射而形成的回波波包到达的时间和导波在管道中传播的波速确定出缺陷的具体位置。