[发明专利]一种全指向型S0模态兰姆波电磁超声换能器

摘要

一种全指向型S0模态兰姆波电磁超声换能器，属于电磁超声检测技术领域，解决了现有S0模态兰姆波电磁超声换能器无法对A0模态兰姆波和A1模态兰姆波进行激发抑制和接收抑制的问题。所述换能器：第一环形子线圈～第2N+1环形子线圈分别紧密地沿着圆柱形磁铁的外缘、第一空心圆柱形磁铁的内、外缘至第N空心圆柱形磁铁的内、外缘分布。通过设计第一环形子线圈内半径、环形子线圈宽度和相邻两个环形子线圈的最小间距，有效地增大了自身激发S0模态兰姆波的幅值，并使选定工作点下的A0模态兰姆波和A1模态兰姆波的波数的傅里叶分解幅值达到最小，进而使所述换能器对A0模态兰姆波和A1模态兰姆波具有较强的激发抑制能力和接收抑制能力。

主权项

1.一种全指向型S0模态兰姆波电磁超声换能器，所述电磁超声换能器包括壳体、背板、圆柱形磁铁、第一空心圆柱形磁铁～第N空心圆柱形磁铁和激发线圈；圆柱形磁铁与第一空心圆柱形磁铁～第N空心圆柱形磁铁等高，第一空心圆柱形磁铁～第N空心圆柱形磁铁的端面均为环形，所述环形的环宽相等且内径依次等差增大；壳体的一端开口，圆柱形磁铁与第一空心圆柱形磁铁～第N空心圆柱形磁铁均通过背板竖直、同轴且同形心地设置在壳体的内部，圆柱形磁铁位于第一空心圆柱形磁铁的内部，圆柱形磁铁远离背板的一端与壳体的开口端平齐，圆柱形磁铁与第一空心圆柱形磁铁极性相反设置，相邻的两个空心圆柱形磁铁极性相反设置；激发线圈包括第一环形子线圈～第2N+1环形子线圈，第一环形子线圈～第2N+1环形子线圈同形心地设置在壳体的开口端上，并分别紧密地沿着圆柱形磁铁的外缘、第一空心圆柱形磁铁的内、外缘至第N空心圆柱形磁铁的内、外缘分布，相邻的两个环形子线圈通过导线相连，圆柱形磁铁与第一环形子线圈同轴设置；第一环形子线圈～第2N+1环形子线圈的宽度相等；分布在同一空心圆柱形磁铁内、外缘的两个环形子线圈同向绕制；分布在相邻的两个空心圆柱形磁铁内缘的两个环形子线圈反向绕制；分布在圆柱形磁铁外缘和第一空心圆柱形磁铁内缘的两个环形子线圈反向绕制；其特征在于，R1、W和d是通过以下步骤确定的；其中，R1为第一环形子线圈的内半径，W为环形子线圈的宽度，d为相邻的两个环形子线圈的最小间距；步骤一、在1.80MHz·mm～2.00MHz·mm频厚积范围内，初步选定所述电磁超声换能器的工作点；步骤二、设定D＝0.5λ1，在(0,2λ]内初步选定R1，使得F1S0_A0_A1_max达到最大；在(0.25λ1,0.75λ1]内初步选定D，使得F1S0_A0_A1_max达到最大；其中，D为相邻两个环形子线圈的中心间距，D＝d+W；λ1为初步选定工作点下的S0模态兰姆波的波长；R1为第一环形子线圈的中心半径，R1＝R1+W/2；F1S0_A0_A1_max为1.80MHz·mm～2.00MHz·mm频厚积范围内的F1S0_A0_A1的最大值；F1S0_A0_A1为激发的S0模态兰姆波对A0和A1模态兰姆波的抑制能力；F1S0_A0_A1＝2F1S0/F1S0_max+(2F1S0‑F1A1‑F1A0)/F1S0，F1A0、F1S0和F1A1分别为不同激发频率下的A0、S0和A1模态兰姆波的波数对应的傅里叶分解幅值，F1S0_max为1.80MHz·mm～2.00MHz·mm频厚积范围内的激发S0模态兰姆波的波数对应的傅里叶分解幅值的最大值；步骤三、假定磁场均一，在(0,D]内初步选定W，使得F2S0_A1_max达到最大；其中，F2S0_A1_max为1.9MHz·mm频厚积下的F2S0_A1的最大值；F2S0_A1为激发的S0模态兰姆波对A1模态兰姆波的抑制能力；F2S0_A1＝F2S0/F2S0_max+(F2S0‑F2A1)/F2S0，F2S0和F2A1分别为1.90MHz·mm频厚积下、不同线圈宽度下的激发S0和A1模态兰姆波的波数对应的傅里叶分解幅值；F2S0_max为1.90MHz·mm频厚积下、线圈宽度在(0，D]内的激发S0模态兰姆波的波数对应的傅里叶分解幅值的最大值；步骤四、根据初步选定的R1、D和W，确定圆柱形磁铁和空心圆柱形磁铁的尺寸，导入磁场数据，重新计算力源，再次进行傅里叶分解，调节并确定R1、D和W，以弥补水平磁感应强度在空间中存在的梯度，并使F1S0_A0_A1_max达到最大；根据确定的R1、D和W，确定R1和d。