本發(fā)明涉及電磁超聲換能器設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種用于球墨鑄管測厚的電磁超聲換能器。

背景技術(shù)：

球墨鑄鐵是20世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種強(qiáng)度較高的鑄鐵材料，是通過球化和孕育處理得到球狀石墨材料，具有很高的機(jī)械性能，其綜合性能很接近于鋼；將球墨鑄鐵鐵液倒入離心機(jī)的管模內(nèi)，經(jīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)鑄成的管稱之為離心球墨鑄鐵管，簡稱球墨鑄管；球鐵管具有高強(qiáng)度、耐腐蝕、韌性好、使用壽命長等特點，其綜合優(yōu)勢是其它管材所不具備的；因此，近年來球墨鑄鐵管在國內(nèi)外得到普遍應(yīng)用。但球鐵管的水冷生產(chǎn)工藝決定其壁厚不能十分均勻。

電磁超聲換能器是一種新型的技術(shù)，其特點是非接觸、無需耦合、材料表面要求低、安全、可靠、便捷等獨特優(yōu)勢而成為鑄管常溫，高溫，在線，離線式厚度檢測的一種理想的技術(shù)方案。

目前壁厚的測量在生產(chǎn)實際中主要是人工手持千分尺測量管子端部的厚度，這些傳統(tǒng)的測量壁厚的方法速度慢，勞動量大，浪費材料己經(jīng)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，測量精度也無法保證。

有一種是用壓電超聲測厚方式，采用的是壓電超聲換能器，壓電式換能器采用接觸測量對被檢測表面要求高，易受噪音、電磁、被測物表面氧化鐵皮等雜物干擾，造成加大誤差，而且由于球墨鑄鐵表面粗糙，為一層凸起的小球，非常粗糙，同時強(qiáng)度高，材料具有比較嚴(yán)重的各向異性，傳統(tǒng)的壓電超聲在檢測前必須經(jīng)過打磨后涂上耦合劑才能進(jìn)行檢測，高溫的100度以上的時候，很難用壓電探頭做測厚，高溫耦合劑不僅價格昂貴而且結(jié)果不穩(wěn)定而且僅能抽檢少量鑄管，而且在線測厚的時候需要大量純凈水，造成水資源浪費。

另一種是用X射線測厚，如專利號為201620195318.4提到的一種球墨鑄鐵管X射線壁厚檢測裝置，它是利用X射線收發(fā)裝置，對球墨鑄鐵管進(jìn)行厚度測量，但采用X射線管，對探傷人員有電離輻射傷害，對環(huán)境也有污染，很多行業(yè)都在限制使用射線做檢測，而X射線系統(tǒng)復(fù)雜，專業(yè)性強(qiáng)，必須經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn)才能操作使用，此外X射線發(fā)射和接收裝置價格昂貴，不利于節(jié)省成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種用于球墨鑄管測厚的電磁超聲換能器，它能有效的解決背景技術(shù)中存在的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于球墨鑄管測厚的電磁超聲換能器，其特征在于包括：換能器主體(1)和手柄(2)，所述手柄(2)的一端通過螺釘固定在換能器主體(1)上；所述換能器主體(1)包括線圈組件(3)、電纜鎖緊接頭(4)，所述電纜鎖緊接頭(4)壓在線圈組件(3)上，并通過螺釘固定在換能器主體(1)上；所述電纜鎖緊接頭(4)處固定有電纜組件(6)，且電纜組件(6)從手柄(2)的內(nèi)部穿過并超出手柄(2)。

進(jìn)一步，所述換能器主體(1)還包括滾輪組件(5)，所述滾輪組件(5)包括滾輪(7)和滾輪軸(8)，所述滾輪(7)串在滾輪軸(8)上，所述滾輪組件(5)置于換能器主體(1)的正下方。

優(yōu)選的，所述手柄(2)的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述線圈組件(3)包括電磁線圈(9)、導(dǎo)磁軟磁體(10)、永磁體(11)、線圈骨架(12)、非金屬耐磨保護(hù)套(13)，所述電磁線圈(9)置于線圈骨架(12)底層，且二者通過膠水粘合；所述導(dǎo)磁軟磁體(10)置于電磁線圈(9)之上，且二者通過膠水粘合；所述永磁體(11)置于導(dǎo)磁軟磁體(10)之上，且永磁體(11)放置在內(nèi)腔大小與永磁體(11)大小配套的線圈骨架(12)內(nèi)；所述線圈骨架(12)置于非金屬耐磨保護(hù)套(13)上；所述非金屬耐磨保護(hù)套(13)通過螺釘固定在換能器主體(1)上。

優(yōu)選的，所述滾輪組件(5)的數(shù)量為2個，分別置于換能器主體(1)底部前后位置。

優(yōu)選的，所述滾輪組件(5)嵌入換能器主體(1)中，且滾輪(7)的底面與換能器主體(1)的底面的垂直間距A在(0.3～0.5)mm之間。

優(yōu)選的，所述電磁線圈(9)由漆包線繞制而成，其匝數(shù)為(10～30)匝，漆包線線徑在(0.1～0.3)mm之間。

優(yōu)選的，所述電磁線圈(9)的工作電感量在(3.0～18.0)uH之間，工作直流阻抗在(0.8～3.5)Ω之間，工作頻率在(1.0～5.0)MHZ之間。

優(yōu)選的，所述線圈骨架(12)的底部平面與非金屬耐磨保護(hù)套(13)的上平面的垂直間距B在(0.5～1.0)mm之間，且線圈骨架(12)的材質(zhì)可以是合成樹脂類材質(zhì)，非金屬耐磨保護(hù)套(13)的非金屬材質(zhì)可以是陶瓷類材質(zhì)或合成樹脂類材質(zhì)。

優(yōu)選的，所述電纜組件(6)的一端接觸永磁體(11)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.該用于球墨鑄管測厚的電磁超聲換能器的電磁線圈采用漆包線繞制方式，靈敏度相對于電磁線圈采用PCB印制方式可提高一倍以上，且在保證靈敏度高的情況下，可以把外形結(jié)構(gòu)做的更小，另一方面，電磁線圈的激勵和接收部分采用一體化結(jié)構(gòu)，大大簡化換能器結(jié)構(gòu)，減小電纜連接線，節(jié)省制作成本，且直流阻抗小，損耗低，更易適合激勵信號重復(fù)頻率快的在線檢測；

2.換能器主體安裝滾輪，此滾輪可以非常輕松方便在表面粗糙的鑄管上移動，便于實現(xiàn)鑄管全程測量；

3.采用導(dǎo)磁軟磁體接觸電磁線圈，即可以提高導(dǎo)磁性，又可以減小線圈的渦流損耗，提高信號靈敏度，靈敏度相對于沒有軟磁的結(jié)構(gòu)的換能器，至少提高1倍以上；

4.相對X射線壁厚檢測裝置，本發(fā)明采用電磁超聲換能器，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，無污染，對人體沒有傷害，運(yùn)行費用低；

5.相對于壓電超聲測厚換能器，本發(fā)明采用電磁超聲換能器，無需耦合劑，不需要純凈水，不會造資源浪費，即使用于400度以上測厚也不會存在問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的立體圖；

圖2為本發(fā)明的剖視圖；

圖3為本發(fā)明的局部剖視圖；

圖4為本發(fā)明的局部示意圖；

附圖標(biāo)記中：1-換能器主體；2-手柄；3-線圈組件；4-電纜鎖緊接頭；5-滾輪組件；6-電纜組件；7-滾輪；8-滾輪軸；9-電磁線圈；10-導(dǎo)磁軟磁體；11-永磁體；12-線圈骨架；13-非金屬耐磨保護(hù)套。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請參閱圖1，圖2，圖3和圖4，本發(fā)明提供一種技術(shù)方案：一種用于球墨鑄管測厚的電磁超聲換能器，包括換能器主體1和手柄2，手柄2的一端通過螺釘固定在換能器主體1上，且優(yōu)選的手柄2的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)；其中，換能器主體1包括線圈組件3、電纜鎖緊接頭4、滾輪組件5，電纜鎖緊接頭4壓在線圈組件3上，并通過螺釘固定在換能器主體1上，電纜鎖緊接頭4處固定有電纜組件6，且電纜組件6從手柄2的內(nèi)部穿過并超出手柄2；另外，滾輪組件5包括滾輪7和滾輪軸8，滾輪7串在滾輪軸8上，滾輪組件5置于換能器主體1的正下方，且優(yōu)選的滾輪組件5的數(shù)量為2個，分別置于換能器主體1底部前后位置，且優(yōu)選的滾輪組件5嵌入換能器主體1中，且滾輪7的底面與換能器主體1的底面的垂直間距A在(0.3-0.5)mm之間；另一方面，線圈組件3包括電磁線圈9、導(dǎo)磁軟磁體10、永磁體11、線圈骨架12、非金屬耐磨保護(hù)套13，其中，電磁線圈9置于線圈骨架12底層，且二者通過膠水粘合，且優(yōu)選的電磁線圈9由漆包線繞制而成，且優(yōu)選的其匝數(shù)為(10～30)匝，漆包線線徑在(0.1～0.3)mm之間，且優(yōu)選的電磁線圈9的工作電感量在(3.0～18.0)uH之間，工作直流阻抗在(0.8～3.5)Ω之間，工作頻率在(1.0～5.0)MHZ之間，導(dǎo)磁軟磁體10置于電磁線圈9之上，且二者通過膠水粘合，永磁體11置于導(dǎo)磁軟磁體10之上，且放置在內(nèi)腔大小與永磁體11大小配套的線圈骨架12內(nèi)，且優(yōu)選的電纜組件6的一端接觸永磁體11，線圈骨架12置于非金屬耐磨保護(hù)套13上，且優(yōu)選的線圈骨架12的底部平面與非金屬耐磨保護(hù)套13的上平面的垂直間距B在(0.5-1.0)mm之間，且優(yōu)選的線圈骨架12的材質(zhì)可以是合成樹脂類材質(zhì)，且優(yōu)選的非金屬耐磨保護(hù)套13的非金屬材質(zhì)可以是陶瓷類材質(zhì)或合成樹脂類材質(zhì)，非金屬耐磨保護(hù)套13通過螺釘固定在換能器主體1上。

請參閱圖1，手柄2為類似圓柱狀結(jié)構(gòu)，作為一個優(yōu)選的方案，它可以通過至少兩顆M4型號或者其他型號的螺釘固定在換能器主體1上，另外，作為另一個優(yōu)選的方案，手柄2的內(nèi)部為中空結(jié)構(gòu)，電纜組件6的一端可以連接在換能器主體1內(nèi)部，另一端并從手柄2的內(nèi)部穿到外面去，電纜組件6的長度可以根據(jù)實際工作中的長度來變化；另一方面，在圖1的側(cè)邊可以看到除了滾輪軸8的安裝孔，還有剩下幾個孔，作為一個優(yōu)選的方案，這些孔是預(yù)留給換能器主體1安裝外殼的，作為一個優(yōu)選的方案，可以用M3型號的螺釘來安裝，安裝外殼是為了保護(hù)滾輪軸8及滾輪7不受損傷。

請參閱圖2，對比圖1，這部分是本發(fā)明的整體的剖視圖，其中電纜組件6的一端是由電纜鎖緊接頭4固定在換能器主體1的內(nèi)部，使電纜組件6的這一端接觸永磁體11，而電纜鎖緊接頭4通過螺釘固定在換能器主體1上，整個線圈組件3置于換能器主體1的內(nèi)部，作為一個優(yōu)選的方案，換能器主體1內(nèi)部除了線圈組件3那塊位置是中空的，其他地方是實心的，可以保證線圈組件3在換能器主體1內(nèi)部不會左右晃動，影響設(shè)備的穩(wěn)定性，另外，換能器主體1在高度上也是與線圈組件3配套，正好吻合；另一方面，滾輪組件5是內(nèi)置在換能器主體1底部中的，類似于現(xiàn)有技術(shù)中城市建設(shè)領(lǐng)域中壓路面的滾筒車的車輪的結(jié)構(gòu)，前后各一個，可以保證與地面的最大的接觸面積，實際工作中，可以在鑄管上平穩(wěn)運(yùn)動，滾輪7的底面與換能器主體1的底面的垂直間距A在(0.3-0.5)mm之間，預(yù)留這個距離，在實際工藝中，此距離為提離距離，可以非接觸式檢測，距離太小會增加探頭的磨損，距離增大會導(dǎo)致信號降低，所以在(0.3-0.5)mm之間是本發(fā)明的最佳實施例。

請參閱圖3，它是本發(fā)明的線圈組件3的剖視圖，整個線圈組件3包括電磁線圈9、導(dǎo)磁軟磁體10、永磁體11、線圈骨架12、非金屬耐磨保護(hù)套13，作為一個優(yōu)選的方案，從上到下各零件的排布為永磁體11、導(dǎo)磁軟磁體10、電磁線圈9、線圈骨架12、非金屬耐磨保護(hù)套13，其中，永磁體11、導(dǎo)磁軟磁體10、電磁線圈9均置于線圈骨架12中；電磁線圈9采用漆包線繞制方式，比起采用PCB印制方式，它的靈敏度可提高一倍以上，而且這種方式可以讓電磁線圈9的激勵和接收部分采用一體化結(jié)構(gòu)，大大簡化換能器結(jié)構(gòu)，讓外形更為小巧便攜，而且本發(fā)明采用的電磁線圈9的繞制匝數(shù)為(10～30)匝，漆包線線徑在(0.1～0.3)mm之間，讓直流阻抗小，損耗低，更易適合激勵信號重復(fù)頻率快的在線檢測；導(dǎo)磁軟磁體10和電磁線圈9之間是用膠水粘合在一起的，這樣設(shè)計即可以提高導(dǎo)磁性，又可以減小線圈的渦流損耗，提高信號靈敏度；永磁體11可以把電流轉(zhuǎn)換成洛倫茲力，提供偏離磁場；線圈骨架12用來保護(hù)永磁體11、導(dǎo)磁軟磁體10、電磁線圈9不受損傷，線圈骨架12放置在非金屬耐磨保護(hù)套13上，且它們存在著一個(0.5～1.0)mm的高度差，它可以保證隔熱，減小熱傳導(dǎo)，另外在信號傳輸方面，此高度差越大，信號會衰減，1.0mm對比0.5mm信號會衰減1倍，這基本是成比例關(guān)系，太小起不到熱隔離效果，太大影響信號嚴(yán)重衰減，沒有意義，作為本發(fā)明最佳的一個實施例，當(dāng)B＝0.5mm時效果最佳，另外作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的方案，線圈骨架12的材質(zhì)可以是合成樹脂類材質(zhì)，它沒有金屬的銳利，但是卻有較大的強(qiáng)度，耐磨，且可以起到絕緣隔熱的作用；非金屬耐磨保護(hù)套13用非金屬材質(zhì)可以起到絕緣隔熱的作用，作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的方案，非金屬材質(zhì)可以是陶瓷類材質(zhì)或合成樹脂類材質(zhì)，它們均有耐磨的特性。

圖4為本發(fā)明的電磁線圈9的示意圖，電磁線圈9做成類似于跑道結(jié)構(gòu)，一圈一圈，每個線圈可以是一個獨立的通道，電磁線圈9可以通過電產(chǎn)生磁場，在金屬表面形成感應(yīng)渦流，渦流在永磁鐵11的偏置磁場作用下，形成洛侖茲力，再產(chǎn)生超聲波檢測。

在實際工作中：

由于鑄管管徑不同，對應(yīng)的管壁厚度不一樣，在鑄造時晶粒大小不同，薄管壁晶粒小，對超聲波信號衰減小，作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，可以選擇高頻(3～5)MHZ的超聲波；一般使用在壁厚小于10mm以下的鑄管，而厚管壁的10mm以上的，作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，頻率可以選擇(1～3)MHZ，越厚的鑄管，晶粒越粗大，需要使用更低的頻率，而頻率如果太低，造成厚度精度和分辨率低，作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，選擇最低1MHZ的可以滿足檢測20mm以上的鑄管。

電磁線圈9在高頻時，交流阻抗大，其阻抗和電感量關(guān)系式，z＝ω*L,(ω＝2π*f)其中，f是超聲信號頻率，L是線圈電感，z是阻抗。

在激勵源一定的情況下，阻抗越大，激勵功率就越小，激發(fā)次超聲波能量就越小，阻抗太小，又會損壞激勵源。在綜合情況下，高頻選擇電感量小的電磁線圈9，低頻時選擇電感量大的電磁線圈9。

在匝數(shù)選擇上，電磁線圈9的電感量大小和電磁線圈9的匝數(shù)N平方成正比，N越大，電感量越大，協(xié)調(diào)這個矛盾關(guān)系，作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，最終定為在工作頻率為(1.0～5.0)MHZ時，對應(yīng)的工作電感量在(3.0～18.0)uH之間，可以根據(jù)根據(jù)實際情況選擇合適的頻率和電磁線圈9的匝數(shù)。

電磁線圈9的直流阻抗影響了電磁線圈9的發(fā)熱情況，發(fā)熱嚴(yán)重的情況下會燒壞換能器主體1；加大繞制電磁線圈9的導(dǎo)線直徑，會降低直流阻抗，但是增加電磁線圈9的面積，不適合換能器的小型化，綜合考慮，作為本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例，選在線徑在(0.1～0.3)mm之間的漆包線繞制。

該用于球墨鑄管測厚的電磁超聲換能器的電磁線圈采用漆包線繞制方式，靈敏度相對于電磁線圈采用PCB印制方式可提高一倍以上，且在保證靈敏度高的情況下，可以把外形結(jié)構(gòu)做的更小，另一方面，電磁線圈的激勵和接收部分采用一體化結(jié)構(gòu)，大大簡化換能器結(jié)構(gòu)，減小電纜連接線，節(jié)省制作成本，且直流阻抗小，損耗低，更易適合激勵信號重復(fù)頻率快的在線檢測；換能器主體安裝滾輪，此滾輪可以非常輕松方便在表面粗糙的鑄管上移動，便于實現(xiàn)鑄管全程測量；采用導(dǎo)磁軟磁體接觸電磁線圈，即可以提高導(dǎo)磁性，又可以減小線圈的渦流損耗，提高信號靈敏度，靈敏度相對于沒有軟磁的結(jié)構(gòu)的換能器，至少提高1倍以上；相對X射線壁厚檢測裝置，本發(fā)明采用電磁超聲換能器，設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，無污染，對人體沒有傷害，運(yùn)行費用低；相對于壓電超聲測厚換能器，本發(fā)明采用電磁超聲換能器，無需耦合劑，不需要純凈水，不會造資源浪費，即使用于400度以上測厚也不會存在問題。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同物限定。