本發(fā)明涉及傳感器測量，具體涉及一種電磁超聲單向換能器、導波檢測系統(tǒng)及缺陷檢測方法。

背景技術(shù)：

1、超聲導波作為一種新興的無損檢測技術(shù)，以其單點激勵檢測距離長、檢測效率高等優(yōu)點，在服役板材的檢測中得到了廣泛應用。其中，sh波在傳播過程中能量泄漏少，傳播距離遠，且低模態(tài)sh導波無頻散和模式轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，非常適合板材焊接缺陷以及裂紋、腐蝕類缺陷的檢測。

2、電磁超聲導波技術(shù)、磁致伸縮超聲導波技術(shù)和壓電超聲導波技術(shù)均可在板材中激勵出sh導波。與壓電和磁致伸縮sh導波傳感器相比，電磁超聲傳感器不需要額外的耦合方式使傳感器與測試部件緊密配合，因此降低了對板材構(gòu)件表面光潔度的要求，即裝即檢即拆的便捷式檢測手段以及非接觸性使其在大批量板材構(gòu)件及移動式檢測中發(fā)揮著巨大的潛能。

3、定向sh導波可由周期性永磁體電磁超聲換能器產(chǎn)生，具有信噪比高、能量集中性好的特點。傳統(tǒng)的周期性永磁體電磁超聲換能器會同時產(chǎn)生向前和向后的sh波，導致向后傳播波經(jīng)過反射后與需要檢測的缺陷回波混合，造成缺陷的漏檢、誤檢。

4、曾有學者通過兩個獨立周期性力源的干涉機制在單個方向上產(chǎn)生sh波，并通過計算單向側(cè)移雙ppm?emat的輻射方向圖驗證了模型的可行性，但從結(jié)果來看，后旁瓣聲束仍然明顯存在，單向性不夠優(yōu)越；后有學者提出了使用傳統(tǒng)的周期性永磁體配合雙線性線圈陣列來進行單向sh波的激勵，每個永磁體所對區(qū)域的渦流由纏繞在永磁體上的部分線圈提供，由于波源在長度方向上的完全對齊，使得聲場中沒有明顯的后向旁瓣，顯著降低了電磁超聲換能器對缺陷的誤檢概率。上述方法雖初步解決了后向旁瓣的問題，但仍存在線圈利用率不足、安裝過于繁瑣、靜態(tài)磁場不均勻等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明設(shè)計了一種電磁超聲單向換能器，包括：窄板；周期性永磁鐵電磁超聲換能器，數(shù)量為兩個，分別設(shè)置在窄板的上下兩側(cè)，且兩個周期性永磁鐵電磁超聲換能器在窄板的長邊方向上錯位設(shè)置；夾持式電磁超聲單向換能器外殼，用于固定周期性永磁鐵電磁超聲換能器。

2、優(yōu)選的，兩個周期性永磁鐵電磁超聲換能器在窄板的長邊方向上錯位四分之一sh0波長，輸入到兩個周期性永磁鐵電磁超聲換能器中的激勵信號頻率相同，輸入到兩個周期性永磁鐵電磁超聲換能器中的激勵信號相位上相差四分之一周期。

3、優(yōu)選的，周期性永磁鐵電磁超聲換能器包括：內(nèi)嵌式電磁超聲換能器外殼以及依次設(shè)置在內(nèi)嵌式電磁超聲換能器外殼內(nèi)的周期性永磁鐵陣列、緩沖層、pcb柔性跑道線圈和耐磨層。

4、優(yōu)選的，周期性永磁鐵陣列包括多個永磁鐵，多個永磁鐵在窄板的長邊方向上的間距為二分之一sh0波長，窄板的寬邊方向上的間距為零。

5、優(yōu)選的，內(nèi)嵌式電磁超聲換能器外殼的頂部設(shè)置有通孔，通孔用于固定周期性永磁鐵陣列。

6、優(yōu)選的，緩沖層的材料采用海綿，pcb柔性跑道線圈采用雙層柔性pcb線圈，耐磨層的材料采用尼龍。

7、基于同一設(shè)計思想，本發(fā)明提供了一種采用電磁超聲單向換能器的導波檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的功率放大模塊、激勵信號源模塊、人機界面及控制模塊、數(shù)字信號處理模塊、ad采集模塊、信號濾波模塊和信號放大模塊，其中，功率放大模塊和信號放大模塊均與電磁超聲單向換能器中的周期性永磁鐵電磁超聲換能器相連接。

8、基于同一設(shè)計思想，本發(fā)明提供了一種采用導波檢測系統(tǒng)的缺陷檢測方法，其特征在于，包括以下步驟：s1、激勵信號源模塊產(chǎn)生第一正弦波信號和第二正弦波信號，將第一正弦波信號延遲四分之一周期，經(jīng)功率放大模塊放大后輸入到電磁超聲單向換能器中的其中一個周期性永磁鐵電磁超聲換能器內(nèi)，將第二正弦波信號經(jīng)功率放大模塊放大后輸入到電磁超聲單向換能器中的另一個周期性永磁鐵電磁超聲換能器內(nèi)，產(chǎn)生前向傳播的sh0模態(tài)導波；s2、sh0模態(tài)導波向右傳播，檢測到缺陷后反射產(chǎn)生回波信號，回波信號被電磁超聲單向換能器中的周期性永磁鐵電磁超聲換能器接收后，依次通過信號放大模塊、信號濾波模塊、ad采集模塊以及數(shù)字信號處理模塊處理后存儲到人機界面及控制模塊中被顯示；s3、將第二正弦波信號提前四分之三周期后，將電磁超聲單向換能器中的兩個周期性永磁鐵電磁超聲換能器接收信號進行相加得到最終回波信號圖；s4、基于最終回波信號圖計算缺陷位置。

9、與最接近現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

10、1、本發(fā)明在窄板兩側(cè)長度方向軸向上安裝兩個同樣規(guī)格的周期性永磁鐵電磁超聲換能器，其中兩個周期性永磁鐵電磁超聲換能器在窄板的長邊方向上錯位四分之一sh0波長外接雙通道激勵信號，產(chǎn)生前向sh導波而抑制后向sh導波的形成。

11、2、本發(fā)明兩個周期性永磁鐵電磁超聲換能器通過夾持式電磁超聲單向換能器外殼夾持在窄板上，依靠周期性永磁鐵電磁超聲換能器的磁吸，實現(xiàn)電磁超聲單向換能器的快速安裝與拆卸，通過模具的適應性設(shè)計，可以實現(xiàn)截面尺寸較大范圍內(nèi)變化的窄板結(jié)構(gòu)的單向sh波檢測。

12、3、本發(fā)明的換能器結(jié)構(gòu)簡潔，夾持式換能器的設(shè)計不僅能解決傳統(tǒng)sh波雙向傳播所引起的缺陷誤檢，同時能提升換能器激勵信號的幅值，增強對缺陷的檢測能力。

技術(shù)特征：

1.一種電磁超聲單向換能器，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的電磁超聲單向換能器，其特征在于，兩個所述周期性永磁鐵電磁超聲換能器（3）在所述窄板（1）的長邊方向上錯位四分之一sh0波長，輸入到兩個所述周期性永磁鐵電磁超聲換能器（3）中的激勵信號頻率相同，輸入到兩個所述周期性永磁鐵電磁超聲換能器（3）中的激勵信號相位上相差四分之一周期。

3.如權(quán)利要求1所述的電磁超聲單向換能器，其特征在于，所述周期性永磁鐵電磁超聲換能器（3）包括：內(nèi)嵌式電磁超聲換能器外殼（31）以及依次設(shè)置在所述內(nèi)嵌式電磁超聲換能器外殼（31）內(nèi)的周期性永磁鐵陣列（32）、緩沖層（33）、pcb柔性跑道線圈（34）和耐磨層（35）。

4.如權(quán)利要求3所述的電磁超聲單向換能器，其特征在于，周期性永磁鐵陣列（32）包括多個永磁鐵，多個所述永磁鐵在所述窄板（1）的長邊方向上的間距為二分之一sh0波長，所述窄板（1）的寬邊方向上的間距為零。

5.如權(quán)利要求3所述的電磁超聲單向換能器，其特征在于，所述內(nèi)嵌式電磁超聲換能器外殼（31）的頂部設(shè)置有通孔，所述通孔用于固定所述周期性永磁鐵陣列（32）。

6.如權(quán)利要求3所述的電磁超聲單向換能器，其特征在于，所述緩沖層（33）的材料采用海綿，所述pcb柔性跑道線圈（34）采用雙層柔性pcb線圈，所述耐磨層（35）的材料采用尼龍。

7.一種導波檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-6任一項所述的電磁超聲單向換能器以及依次連接的功率放大模塊（4）、激勵信號源模塊（5）、人機界面及控制模塊（6）、數(shù)字信號處理模塊（7）、ad采集模塊（8）、信號濾波模塊（9）和信號放大模塊（10），其中，功率放大模塊（4）和所述信號放大模塊（10）均與電磁超聲單向換能器中的周期性永磁鐵電磁超聲換能器（3）相連接。

8.一種缺陷檢測方法，其特征在于，利用如權(quán)利要求7所述的導波檢測系統(tǒng)，該方法包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種電磁超聲單向換能器、導波檢測系統(tǒng)及缺陷檢測方法，電磁超聲單向換能器包括：窄板；周期性永磁鐵電磁超聲換能器，數(shù)量為兩個，分別設(shè)置在窄板的上下兩側(cè)，兩個周期性永磁鐵電磁超聲換能器在窄板的長邊方向上錯位設(shè)置；夾持式電磁超聲單向換能器外殼，用于固定周期性永磁鐵電磁超聲換能器。通過夾持式電磁超聲單向換能器外殼將兩個周期性永磁鐵電磁超聲換能器固定，依靠周期性永磁鐵電磁超聲換能器的磁吸，實現(xiàn)電磁超聲單向換能器的快速安裝與拆卸，且兩個周期性永磁鐵電磁超聲換能器在窄板的長邊方向上錯位設(shè)置，外接雙通道激勵信號，產(chǎn)生前向SH導波，抑制后向SH導波的形成，提升換能器激勵信號的幅值，增強對缺陷的檢測能力。

技術(shù)研發(fā)人員：謝利明,張艷飛,陳浩,孫云飛,王海學,郭洋,張志浩,房文軒
受保護的技術(shù)使用者：內(nèi)蒙古電力（集團）有限責任公司內(nèi)蒙古電力科學研究院分公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26