[发明专利]圆形管道外检测电磁超声测厚换能器结构

说明书

本发明属于电磁超声检测领域，涉及一种圆形管道外检测电磁超声测厚换能器结构，包括固定板、磁铁、保护筒、线圈，其特征在于：磁铁为周向三等分组合成的空心圆柱状的磁铁，固定板有两个，磁铁固定于两个固定板之间，保护筒位于磁铁环形内部并与磁铁内壁紧贴，保护筒内设有环形的线圈，线圈的导线为等间距相同方向缠绕排列，相邻导线的电流方向相同。对线圈通以交变电流，在工件近表面内部形成涡流；磁铁产生偏置磁场，在偏置磁场的作用下，交变涡流受到交变洛伦兹力；涡流质点在交变洛伦兹力的作用下，形成机械振动，产生超声波进而完成不同情况下对管道有无损伤的判定。

技术领域

本发明属于电磁超声波无损检测技术应用领域，具体涉及一种有测厚作用的圆形管道外检测电磁超声测厚换能器结构。

背景技术

金属是人类应用最早的材料之一，其冶炼、加工、应用技术的提高也伴随着人类历史的向前发展。现代人们的生活离不开金属，现代工业中金属更是有着举足轻重的作用。金属材料的应用涉及国民经济的各个领域：高层建筑、深层地下和海洋设施、大跨度重载桥梁、轻型节能汽车、高速船舶、石油开采和长距离油气输送管线、大型储存容器、工程机械、精密仪器、航空航天、高速铁路、能源设施等。因此，金属材料不仅关系到国家的经济发展，同时也起到了维护国家安全的作用。钢板、铝板等金属板是最基本的工业原材料，其应用于石油、天然气管道、飞机、船舶、汽车等各个方面。无论是板材的加工过程，还是管道、化工设备的服役期内，厚度都是十分重要的质量及安全指标。在钢板的轧制过程中，需要时刻检测板材的厚度，一旦发现厚度值偏离标准值太多时，需要及时调整系统参数，使轧制的板材保证质量的一致性。又如服役管道受腐蚀等影响，存在减薄特性，对管道的剩余厚度检测是保证安全生产的重要环节，必须定时对其厚度进行监测，一旦发现问题马上采取相关措施，避免人员财产的损失，更避免对环境造成不可逆的影响。因此，对金属板厚度的检测研究对现代工业的发展有着重要意义。

常用的厚度检测方法可按检测原理分为：涡流法、激光法、射线法和超声波法。射线法是利用X射线的穿透性，其对被检工件的要求不高，可用于复杂复合材料等的厚度检测，但放射源会对人体带来危害，检测时对防护要求很高，这使得应用该种方法时，对现场的检测环境及防护成本都非常高，不利于一般情况下的推广使用。激光法则是利用光的干涉特性和指向特性对物体的厚度进行测量。其检测的重复性很高，具有较广的应用范围。但对被检物体的移动速度有一定的要求，并且由于激光的特性，使得其检测系统的信号提取及数据处理都很复杂。涡流法则是基于金属表面的涡流效应，故因其检测原理，只对薄板、涂层等具有应用价值，而且其效率不很理想。相比以上三种检测发法，利用超声波的特性进行厚度检测具有波的发射回收简单、重复性好、对工件要求不高，抗干扰能量强，适用环境广的众多优点。超声法在金属无损检测、测厚方面受到人们的追捧。超声波在工业、医疗、海洋探测等方向的研究越来越深入，并广泛的应用于相关领域。

传统的压电超声检测方法是一种比较成熟的无损检测方法，是利用压电陶瓷的压电效应工作的。以其结构简单、换能效率高、使用方便等特点，已经广泛的应用于各个领域。但由于其使用过程中必须使用耦合剂，而耦合剂具有高温下不稳定、易挥发等特点，使其在高温检测方面无法适用。而且其检测时对被测物体的表面要求较高，一旦表面光洁度不够还需要对其进行打磨，这大大限制了压电超声在在线检测方面的应用。

电磁超声(简称EMAT)，是无损检测领域出现的新技术，该技术利用电磁耦合法激励和接收超声波。相对于常规超声波检测，电磁超声具有以下优点：1.非接触检测，不需要耦合剂。2.产生波形形式多样，适合做表面缺陷检测。EMAT在检测的过程中满足一定的激发条件时，会产生表面波、SH波和Lamb波等，可以实现波形模式的选择。3.适合高温检测。4.对被探工件表面质量要求不高。5.检测速度快。6.声波传播距离远。7.所用通道与探头数量少。8.发现自然缺陷的能力强，EMAT对于钢管表面存在的折叠、重皮、孔洞等不易检出的缺陷都能准确发现。因此，在工业应用中，电磁超声越来越受到人们的关注和重视，超声探伤的应用已经扩展到高温、高速和在线检测等领域，是无损检测的发展前沿技术之一。