[发明专利]一种感容式电磁超声波换能器

说明书

一种感容式电磁超声波换能器，属于超声换能器技术领域，本发明为解决现有技术方案中电磁超声换能器激发纵波的强度受试件材料电磁性能影响较大，无法满足检测需求的问题。它包括：永磁体、绝缘介质、线圈、铜极板、介质层和水膜；在金属试件的上方，依次堆叠有水膜、介质层、线圈、绝缘介质和永磁体，铜极板设置在线圈中心处；永磁体、绝缘介质、线圈、铜极板、介质层、水膜和金属试件的中心线重合；永磁体用于提供静磁场，使金属试件表面流过的电流受力，引发振动形成横波或纵波；线圈用于提供电场；铜极板作为导体用于引导电场的空间分布；水膜用于排除换能器和金属试件之间的空气。本发明用于金属构件的超声无损检测。

技术领域

本发明涉及一种感容式电磁超声波换能器，属于超声换能器技术领域。

背景技术

螺栓是工业现场极为重要的零件，同时也是工业设备安全最薄弱的环节，螺栓轴力的检测与监测是保证工业设备健康长时间服役的重要手段。目前，螺栓的轴力测量主要依赖超声法。为对已安装的螺栓进行超声应力测量，通常采用横纵波结合的方法。电磁超声技术作为一种非接触、无须耦合剂的超声技术，在应力检测方面有极大优势。然而，传统的电感式电磁超声换能器受限于工作原理，激发纵波的强度受试件材料的电磁性能影响巨大。在铁磁性材料中激发的纵波强度远低于横波强度，无法满足检测需求。

发明内容

本发明目的是为了解决现有技术方案中电磁超声换能器激发纵波的强度受试件材料电磁性能影响较大，无法满足检测需求的问题，提供了一种感容式电磁超声波换能器。

本发明所述一种感容式电磁超声波换能器，包括永磁体、绝缘介质、线圈、铜极板、介质层和水膜；

在金属试件的上方，依次堆叠有水膜、介质层、线圈、绝缘介质和永磁体，铜极板设置在线圈中心处；永磁体、绝缘介质、线圈、铜极板、介质层、水膜和金属试件的中心线重合；

永磁体用于提供静磁场，使金属试件表面流过的电流受力，引发振动形成横波或纵波；

绝缘介质用于隔绝永磁体和铜极板，使永磁体不带电；

线圈用于提供电场；

铜极板作为导体用于引导电场的空间分布；

介质层用于将电场传递至金属试件；

水膜用于排除换能器和金属试件之间的空气，提高传递至金属试件的电场强度。

本发明的优点：本发明在保留传统电磁超声无须耦合剂优势的同时，为弥补电感式电磁超声换能器的不足，提出了一种感容式电磁超声波换能器。该换能器在保留电感式电磁超声换能器非接触、无需耦合剂优势的前提下，具备可同时激励与接收比例可调的横波和纵波的能力。

本传感器结构上优点包括：

1、提出感容式电磁超声波换能器：本传感器结构上电感式换能器和电容式换能器互为对称，合理组合了电容式和电感式电磁超声换能器，具有灵活可配置的多种激励与接收超声信号的方式，同时激励比例可调的横波和纵波，针对不同应用场合，合理组合两种EMAT(电磁超声换能器)，可以获得性能更为丰富的电磁超声换能器。

2、能够同时激发比例可调节的横纵波：受限于换能机理，传统的电感式电磁超声换能器激励纵波的强度强烈依赖于试件的电磁性能，在铁磁性材料当中，纵波的激励强度受到极大的抑制，远远低于横波的激励强度。本发明提出的感容式电磁超声换能器可以使得纵波和横波的强度比例为任意需求值，而不受制于测试试件。即使在电感式EMAT难以应用的铁磁性材料也可以激发出强度较大的纵波。也可以作为纯纵波换能器或纯横波换能器使用。