本發(fā)明屬于無損檢測領(lǐng)域，涉及一種利用電磁耦合法激勵和接收超聲波的一體化便攜式裝置，尤其涉及一種電磁超聲金屬板材探傷換能器。

背景技術(shù)：

金屬板材是工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的原材料，航天工業(yè)、汽車制造、精密儀表等行業(yè)對金屬板材質(zhì)量要求較高，制造過程中的表面刮傷、孔洞和分層，或使用過程中的裂紋、腐蝕等缺陷需要在金屬板材使用之前就被檢測出來。無損檢測技術(shù)為缺陷檢測方式的一種，該方式利用物質(zhì)的聲、光、磁和電等特性，檢測被檢對象中是否存在缺陷或存在不均勻性問題，能夠給出缺陷大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，在工業(yè)生產(chǎn)中提升了產(chǎn)品質(zhì)量、保證了生產(chǎn)安全。

電磁超聲是無損檢測領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，該檢測技術(shù)為非接觸檢測，不需要耦合劑；產(chǎn)生的波形形式多樣，可以實現(xiàn)波形模式的選擇，適合做表面缺陷檢測、適合高溫檢測，檢測速度快，聲波傳播距離遠。因此，在工業(yè)應(yīng)用中，超聲探傷的應(yīng)用已經(jīng)擴展到高溫、高速和在線檢測等領(lǐng)域，是無損檢測的發(fā)展前沿技術(shù)之一。作為電磁超聲檢測系統(tǒng)的核心部件，電磁超聲換能器由被測金屬板、線圈、磁鐵三部分構(gòu)成。在被測金屬板表面放置高頻電流激勵下的線圈，該線圈激發(fā)出磁場并在被測試件中感應(yīng)出渦流，渦流在靜態(tài)磁場和動態(tài)磁場作用下承受洛倫茲力，該力繼而作用于金屬的結(jié)晶點陣上使晶體產(chǎn)生周期性振動，激發(fā)出超聲波從而在金屬試件表面產(chǎn)生超聲波聲場。磁鐵可選擇電磁鐵和永磁鐵，但電磁鐵需要工作電源，不便于戶外應(yīng)用，設(shè)計選用無需外加工作電源的永磁鐵，但常規(guī)永磁鐵結(jié)構(gòu)的換能器其磁場極性向外，使用時易吸附于鐵磁性材料上，因此檢測應(yīng)用時不方便操作。影響檢測精度，還會存在攜帶不便的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：

為了解決傳統(tǒng)電磁超聲探傷探頭操作和攜帶不便的問題，本發(fā)明提供了一種一體的磁鐵結(jié)構(gòu)活動式的用于電磁超聲探傷的電磁超聲金屬板材探傷換能器，其方便攜帶，永磁鐵活動式的結(jié)構(gòu)一體化適于檢測。

技術(shù)方案：

電磁超聲金屬板材探傷換能器，包括導(dǎo)磁外殼、把手、黃銅、方形永磁鐵、轉(zhuǎn)動手柄裝置、pcb線路板和換能線圈，其特征在于：導(dǎo)磁外殼一側(cè)中部設(shè)有容納腔和外殼導(dǎo)線引出口，容納腔的上端和下端皆開有黃銅安裝槽，上和下兩個黃銅安裝槽位于豎直方向一條直線上，黃銅固定于黃銅安裝槽內(nèi)，方形永磁鐵在容納腔內(nèi)，方形永磁鐵的一側(cè)連接有轉(zhuǎn)動手柄裝置，導(dǎo)磁外殼的上端面安裝有把手，導(dǎo)磁外殼的下端面安裝有pcb線路板，pcb線路板固定有換能線圈。

所述導(dǎo)磁外殼由第一導(dǎo)磁外殼和第二導(dǎo)磁外殼組成，第一導(dǎo)磁外殼和第二導(dǎo)磁外殼于上和下兩個黃銅安裝槽處為分體，兩個黃銅安裝槽在豎直方向一條直線上。

所述容納腔內(nèi)安裝有保護內(nèi)殼，保護內(nèi)殼包括第一保護內(nèi)殼和第二保護內(nèi)殼，第一保護內(nèi)殼和第二保護內(nèi)殼分別安裝于黃銅的兩側(cè)。

所述保護內(nèi)殼的一端容納腔安裝有端蓋，端蓋端面設(shè)有拉環(huán)。

所述轉(zhuǎn)動手柄裝置包括夾具、轉(zhuǎn)動桿和手柄，夾具夾持方形永磁鐵，轉(zhuǎn)動桿的一端與夾具相連接，轉(zhuǎn)動桿的另一端的一側(cè)連接有手柄。

所述pcb線路板兩側(cè)豎向連接有第一側(cè)板和第二側(cè)板，第一側(cè)板和第二側(cè)板各開有2個豎向長條狀的安裝槽，第一側(cè)板或第二側(cè)板還開有2個側(cè)板導(dǎo)線引出口。

所述pcb線路板開有2個線路板導(dǎo)線引出口。

所述pcb線路板下端面安裝有換能線圈，或上端面安裝有換能線圈，或上下兩個端面皆安裝有換能線圈。

所述方形永磁鐵轉(zhuǎn)動軸向的四條側(cè)邊為圓弧過度。

所述第一導(dǎo)磁外殼和第二導(dǎo)磁外殼通過穿過黃銅安裝槽的連接螺栓固定。

優(yōu)點及效果：

本電磁超聲金屬板材探傷換能器的使用相對方便，超聲波激發(fā)于金屬試件內(nèi)部，換能器無須接觸試件表面；通過改變換能器的組成和結(jié)構(gòu)，即更換可拆卸的pcb線路板及其固定結(jié)構(gòu)，便可激發(fā)出各種不同類型的超聲波，從而能夠檢測不同類型的金屬板材。

使用場合更廣泛，聲源位于金屬待測板的內(nèi)部，檢測效果受金屬板表面平整性和光滑性等外部條件影響很小，檢測效率較高；同時，受溫度條件影響很小，對環(huán)境條件的適應(yīng)性強，可應(yīng)用于高低溫等極端的檢測環(huán)境。

圓柱形磁鐵的磁極方向取決于其被磁化即充磁時的充磁方向，一般來說，實心圓柱磁鐵的兩個端面分別為n極和s極，這種情況它的磁力線分布是從n極一面通過外圍空間指向s極一面，且端面的邊緣部位磁場最強，圓心部位磁場較弱；離磁鐵越近的空間磁場越強，離磁鐵越遠的空間磁場越弱。而方形磁鐵六個面都有磁極，磁場線從n極到s極形成閉合磁路，磁場較強，產(chǎn)生吸力較大，所以方形磁鐵具有更好的效果，磁鐵軸向邊倒角設(shè)計，磁場過渡更平滑。

有固定把手結(jié)構(gòu)，從而更加方便地提拿換能器；有旋轉(zhuǎn)手柄結(jié)構(gòu)，方便磁鐵的旋轉(zhuǎn)。滿足便攜換能器的設(shè)計意義。

附圖說明

圖1為電磁超聲金屬板材探傷換能器整體示意圖；

圖2為電磁超聲金屬板材探傷換能器整體拆分示意圖；

圖3為電磁超聲金屬板材探傷換能器導(dǎo)磁外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖4為超聲波激發(fā)過程示意圖；

圖5為工作過程圖。

所述標(biāo)注為：1.第一導(dǎo)磁外殼、2.第二導(dǎo)磁外殼、3.把手、4.黃銅、5.方形永磁鐵、6.pcb線路板、7.換能線圈、8.容納腔、9.黃銅安裝槽、10.第一保護內(nèi)殼、11.第二保護內(nèi)殼、12.端蓋、13.拉環(huán)、14.夾具、15.轉(zhuǎn)動桿、16.手柄、17.第一側(cè)板、18.第二側(cè)板、19.安裝槽、20.側(cè)板導(dǎo)線引出口、21.外殼導(dǎo)線引出口、22.線路板導(dǎo)線引出口、23.連接螺栓、24.被測試件。

具體實施方式

如圖1、圖2和圖3所示的一種電磁超聲金屬板材探傷換能器，包括導(dǎo)磁外殼、把手3、黃銅4、方形永磁鐵5、轉(zhuǎn)動手柄裝置、pcb線路板6和換能線圈7，其特征在于：導(dǎo)磁外殼一側(cè)中部設(shè)有容納腔8和外殼導(dǎo)線引出口21，容納腔8的上端和下端皆開有黃銅安裝槽9，上和下兩個黃銅安裝槽9位于豎直方向一條直線上，導(dǎo)磁外殼由第一導(dǎo)磁外殼1和第二導(dǎo)磁外殼2組成，第一導(dǎo)磁外殼1和第二導(dǎo)磁外殼2于上和下兩個黃銅安裝槽9處為分體，兩個黃銅安裝槽9在豎直方向一條直線上。第一導(dǎo)磁外殼1和第二導(dǎo)磁外殼2通過穿過黃銅安裝槽9的連接螺栓23固定在一起。分體的外殼便于安裝內(nèi)部構(gòu)件，對黃銅4的固定更牢固。容納腔8內(nèi)安裝有保護內(nèi)殼，保護內(nèi)殼包括第一保護內(nèi)殼10和第二保護內(nèi)殼11，可保護磁鐵免受外力損壞。黃銅4固定于黃銅安裝槽9內(nèi)，方形永磁鐵5在容納腔8內(nèi)的保護內(nèi)殼內(nèi)，方形永磁鐵5轉(zhuǎn)動軸向的四條側(cè)邊為圓弧過度，第一保護內(nèi)殼10和第二保護內(nèi)殼11分別安裝于黃銅4的兩側(cè)。保護內(nèi)殼的一端容納腔8內(nèi)安裝有端蓋12，端蓋12端面設(shè)有拉環(huán)13。方形永磁鐵5的一側(cè)連接有轉(zhuǎn)動手柄裝置，轉(zhuǎn)動手柄裝置包括夾具14、轉(zhuǎn)動桿15和手柄16，夾具14夾持方形永磁鐵5，轉(zhuǎn)動桿15的一端與夾具14相連接，轉(zhuǎn)動桿15的另一端的一側(cè)連接有手柄16。導(dǎo)磁外殼的上端面安裝有把手3，導(dǎo)磁外殼的下端面安裝有pcb線路板6，pcb線路板6固定有換能線圈7。pcb線路板6兩側(cè)豎向連接有第一側(cè)板17和第二側(cè)板18，第一側(cè)板17和第二側(cè)板18各開有2個豎向長條狀的安裝槽19，可通過安裝槽19調(diào)節(jié)pcb線路板6高度。第一側(cè)板17或第二側(cè)板18還開有2個側(cè)板導(dǎo)線引出口20，pcb線路板6開有2個線路板導(dǎo)線引出口22。pcb線路板6下端面安裝有換能線圈7，線圈7引出的導(dǎo)線穿過線路板導(dǎo)線引出口22、外殼導(dǎo)線引出口21和側(cè)板導(dǎo)線引出口20與電源相連。

本發(fā)明工作原理：

電磁超聲金屬板材探傷換能器為一體化結(jié)構(gòu)，不與被測金屬板直接相連，通過轉(zhuǎn)動手柄接通、斷開磁力來檢測金屬板表面缺陷。

超聲波激發(fā)過程如圖4所示，將通有高頻交變電流的激勵線圈放置在被測試件表面，會在被測試件中感生出一個交變電磁場，進而在被測試件表面感生出與激勵電流頻率相同但方向相反的電渦流,根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律,被測試件中的帶電粒子在永磁體施加的偏置磁場中受到洛倫茲力，由左手定則判斷其方向，被測試件表面的質(zhì)點受到力的作用發(fā)生高頻周期性振動，并傳遞到周圍的質(zhì)點，進而發(fā)生微小的彈性形變，具有速度和位移的彈性振動以波的形式在被測試件內(nèi)部傳播，激發(fā)出與交變電流的頻率相同的超聲波。

如圖5所示，此換能器工作過程為：信號發(fā)生電路產(chǎn)生高頻脈沖信號，作為激勵信號，驅(qū)動經(jīng)過功率放大電路，放大后經(jīng)過阻抗匹配電路，施加到發(fā)射換能器的線圈上，通有高頻交變電流的線圈在金屬板材表面產(chǎn)生電渦流，電渦流與永磁體提供的偏置磁場共同作用，在金屬板材內(nèi)部產(chǎn)生超聲波，在板材中傳播被接收換能器接收，接收線圈必須對微弱的超聲波信號敏感，耦合產(chǎn)生極小的電壓，此電壓信號經(jīng)過前置放大電路進行一級放大，再經(jīng)過濾波電路濾波，最后在示波器顯示出檢測信號，將結(jié)果導(dǎo)出進行數(shù)據(jù)處理和分析。

主要功能：

電磁超聲換能器可以將輸入的電功率轉(zhuǎn)換成機械功率再傳播出去，自身消耗能量較少，此換能器可用于金屬板材的缺陷檢測，包括非鐵磁性材料和鐵磁性材料，不同的被測試件對換能器參數(shù)要求也不同，此便攜式換能器的磁鐵和線圈組合形式可以隨時進行更改，用于對不同材料不同缺陷的檢測。

為了方便檢測金屬板材中是否存在缺陷或不均勻性，并且迅速給出缺陷大小、位置、性質(zhì)和數(shù)量等信息，針對實際檢測中出現(xiàn)的主要問題進行解決，一是使換能器設(shè)計方便攜帶；二是使換能器結(jié)構(gòu)一體化適于檢測，從而有效改進換能器制造工藝，實現(xiàn)金屬板材缺陷的快速便捷檢測。

分體設(shè)計方便拆卸更換內(nèi)部磁鐵，不同形狀的磁鐵與線圈組合用于不同類型的探傷。固定把手使強磁力座提拿更加方便；保護內(nèi)殼的作用為防震保護磁鐵、減慢磁鐵勞損速度增加壽命；黃銅是不導(dǎo)磁材料，在不使用時，由于黃銅的不導(dǎo)磁性，磁鐵和鑄鐵外殼間形成左右兩個閉合磁路，不產(chǎn)生吸力，使用時，旋轉(zhuǎn)磁鐵，磁鐵和鑄鐵外殼形成一個閉合磁路，產(chǎn)生吸力可以吸附待測物體。

鑄鐵外殼與雙頭螺柱使換能器結(jié)構(gòu)更加牢固，其原材料更加環(huán)保，換能器的攜帶和使用更加便捷。倒圓角方形磁鐵具備優(yōu)秀的防刮蹭結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)方形永磁鐵時，可使得磁場平滑過度。

以上內(nèi)容是結(jié)合優(yōu)選技術(shù)方案對本發(fā)明所做的詳細說明，不能認定發(fā)明的具體實施僅限于這些，對于在不脫離本發(fā)明思想前提下做出的簡單推演及替換，都應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明的保護范圍。