專利名稱：鋼板中水平切變導波波長的測量方法及用于該方法的電磁超聲換能器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及水平切變導波波長的測量方法及用于該方法的電磁超聲換能器。
背景技術：
鋼板中水平切變導波波長的測量一般采用二維傅里葉變換的方法，要求多個換能器成陣列裝排布以接收導波信號。這種測量方法不僅需要非常復雜的超聲接收換能器，而且對后期信號處理的要求非常高。如要測量一個波長大約為8mm導波，需要在導波的傳播路徑上安放一系列的接收換能器，一般要放置64個以上的接收換能器，為了達到更好的精度，則需要放置256個以上的接收換能器。根據(jù)采樣定理，這些接收換能器的間隔均勻，并且間隔要小于4mm。這樣，如此細小的換能器制作困難，并且在鋼板上的安放位置誤差很大。此外，對幾百個接收換能器接收的信號進行處理，對后期信號處理的要求非常高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有測量鋼板中水平切變導波波長的方法及裝置對后期信號處理的要求高以及超聲換能器結構復雜的問題，而提出的鋼板中水平切變導波波長的測量方法及用于該方法的電磁超聲換能器。鋼板中水平切變導波波長的測量方法，實現(xiàn)所述測量方法的裝置包括發(fā)射換能器和接收換能器；所述發(fā)射換能器和接收換能器均設置在鋼板材上表面上；所述接收換能器接收鋼板材被發(fā)射換能器激發(fā)出的水平切變導波；所述發(fā)射換能器由η字形磁鐵和曲折線圈組成；所述曲折線圈設置在η字形磁鐵兩個極靴之間；所述曲折線圈位于η字形磁鐵形成的水平磁場中；發(fā)射換能器中的曲折線圈的間距為Ltl ；所述測量方法由如下步驟完成步驟一初始設定；步驟一一在鋼板材上表面放置發(fā)射換能器和接收換能器，在測量過程中，保持兩個換能器之間的距離I不變；步驟一二 所述發(fā)射換能器中的曲折線圈通入激發(fā)頻率為fE的Tone-Burst信號，Tone-Burst信號的脈沖串寬度為td ;發(fā)射換能器在鋼板材中激發(fā)出水平切變導波；設置在鋼板材表面上的接收換能器接收鋼板材中傳播的水平切變導波并進行時頻分析，得到接收的水平切變導波的接收頻率為fe，以及水平切變導波的傳播時間te ；步驟一三采用由低頻到高頻的方式以最小頻率步長逐個掃描激發(fā)頻率fE，并得到每個激發(fā)頻率&所對應的接收頻率為fe ;通過對激發(fā)頻率&逐個掃描得到兩個激發(fā)頻率fE1和fE2，并得到所述兩個激發(fā)頻率fE1和fE2所分別對應的兩個接收頻率fei和fe2，所述兩個激發(fā)頻率fE1和滿足fei = fE1, fG2 = fE2,并且記錄所述激發(fā)頻率fE1與接收頻率fei所對應的水平切變導波的傳播時間為tei ;記錄所述激發(fā)頻率fE2與接收頻率fe2所對應的水平切變導波的傳播時間為te2 ；
步驟一四計算步驟一三得到的兩個接收水平切變導波信號之間的時間差值At12 ;所述時間差值At12 = tG1-tG2 ；步驟二 實際測量；將發(fā)射換能器置于鋼板材表面上；并在間距為Ltl的曲折線圈中通入Tone-Burst信號，激發(fā)頻率為fE(l，脈沖串寬度與步驟一一中的脈沖串寬度td相同，求解此時發(fā)射換能器在鋼板材中激發(fā)出水平切變導波的波長；步驟三接收換能器置于鋼板材表面上，并且兩個換能器之間的距離與步驟一一中兩個換能器之間的距離I相同；步驟四記錄接收換能器所接收到鋼板材激發(fā)的水平切變導波的頻率fe(l和波形峰值時間te(l ；步驟五計算時間差值Λ t01 = tG0-tG1 ；tG1為步驟一三中得到的所述激發(fā)頻率fE1與接收頻率fei所對應的水平切變導波的傳播時間；步驟六通過公式計算的水平切變導波的波長
權利要求
1.鋼板中水平切變導波波長的測量方法，實現(xiàn)所述測量方法的裝置包括發(fā)射換能器(I)和接收換能器(2);所述發(fā)射換能器(I)和接收換能器(2)均設置在鋼板材(3)上表面上；所述接收換能器(2)接收鋼板材(3)被發(fā)射換能器(I)激發(fā)出的水平切變導波；所述發(fā)射換能器(I)由n字形磁鐵(1-1)和曲折線圈(1-2)組成；所述曲折線圈(1-2)設置在n字形磁鐵(1-1)兩個極靴之間；所述曲折線圈(1-2)位于n字形磁鐵(1-1)形成的水平磁場中；發(fā)射換能器(I)中的曲折線圈的間距為Ltl ； 其特征在于它由如下步驟完成 步驟一初始設定； 步驟一一在鋼板材(3)上表面放置發(fā)射換能器(I)和接收換能器(2)，在測量過程中，保持兩個換能器之間的距離I不變； 步驟一二 所述發(fā)射換能器(I)中的曲折線圈(1-2)通入激發(fā)頻率為fE的Tone-Burst信號，Tone-Burst信號的脈沖串寬度為td ;發(fā)射換能器(I)在鋼板材(3)中激發(fā)出水平切變導波；設置在鋼板材(3)表面上的接收換能器(2)接收鋼板材(3)中傳播的水平切變導波并進行時頻分析，得到接收的水平切變導波的接收頻率為fe，以及水平切變導波的傳播時間te ； 步驟一三采用由低頻到高頻的方式以最小頻率步長逐個掃描激發(fā)頻率fE，并得到每個激發(fā)頻率fE所對應的接收頻率為;通過對激發(fā)頻率fE逐個掃描得到兩個激發(fā)頻率fm和fE2，并得到所述兩個激發(fā)頻率fE1和fE2所分別對應的兩個接收頻率fei和fe2，所述兩個激發(fā)頻率fE1和滿足fel = fE1，fG2 = ^E2^并且記錄所述激發(fā)頻率fm與接收頻率fw所對應的水平切變導波的傳播時間為^ ;記錄所述激發(fā)頻率fE2與接收頻率所對應的水平切變導波的傳播時間為te2 ； 步驟一四計算步驟一三得到的兩個接收水平切變導波信號之間的時間差值At12 ;所述時間差值At12 = tG1-tG2 ； 步驟二 實際測量；將發(fā)射換能器(I)置于鋼板材(3)表面上；并在間距為Ltl的曲折線圈(1-2)中通入Tone-Burst信號，激發(fā)頻率為fE(l，脈沖串寬度與步驟一一中的脈沖串寬度td相同，求解此時發(fā)射換能器(I)在鋼板材(3)中激發(fā)出水平切變導波的波長； 步驟三接收換能器(2)置于鋼板材(3)表面上，并且兩個換能器之間的距離與步驟一一中兩個換能器之間的距離I相同； 步驟四記錄接收換能器(2)所接收到鋼板材(3)激發(fā)的水平切變導波的頻率&和波形峰值時間te(l ； 步驟五計算時間差值Atcil = tG0-tG1 ；tG1為步驟一三中得到的所述激發(fā)頻率fE1與接收頻率fei所對應的水平切變導波的傳播時間； 步驟六通過公式計算的水平切變導波的波長
2.用于權利要求I所述的鋼板中水平切變導波波長的測量方法的電磁超聲換能器，其特征在于接收換能器(2)由塊狀磁鐵(2-1)、繞制線圈(2-2)和繞線模具(2-3)組成，所述繞制線圈(2-2)緊密繞制在繞線模具(2-3)上；所述繞制有繞制線圈(2-2)的繞線模具(2-3)設置在鋼板材(3)表面上；所述塊狀磁鐵(2-1)設置在繞制有繞制線圈(2-2)的繞線模具(2-3)的正上方；所述繞制線圈(2-2)位于由塊狀磁鐵(2-1)形成的與鋼板材(3)表面相垂直的垂直磁場內(nèi)；所述繞制線圈(2-2)的中心線與發(fā)射換能器中的曲折線圈(1-2)的中心線位于同一直線上，所述繞制線圈(2-2)在 繞線模具(2-3)的繞線方向與待接收水平切變導波的傳播方向相同。
全文摘要
鋼板中水平切變導波波長的測量方法及用于該方法的電磁超聲換能器，它涉及水平切變導波波長的測量方法及用于該方法的電磁超聲換能器。它為解決現(xiàn)有測量鋼板中水平切變導波波長的方法及裝置對后期信號處理的要求高以及超聲換能器結構復雜的問題。測量波長首先需要初始設定，發(fā)射換能器在鋼板材上激發(fā)出水平切變導波；并由接收換能器接收該水平切變導波并進行時頻分析，得到兩個特定的激發(fā)頻率和接收頻率以及所激發(fā)出導波的傳播時間；測量波長時，發(fā)射換能器在鋼板材激發(fā)出水平切變導波，測得接收頻率和傳播時間并通過公式求得波長。它具有換能器結構簡單，易安放，信號處理簡易的優(yōu)點。它用于電磁超聲換能器在鋼板材中激發(fā)水平切變導波波長的測量。
文檔編號G01B17/02GK102636571SQ20121013108
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月28日 優(yōu)先權日2012年4月28日
發(fā)明者劉博 , 宮佳鵬, 康磊, 翟國富, 蔣韜, 許霽, 鄭艷明 申請人:哈爾濱工業(yè)大學