周期性磁体柔性电磁超声探头的制作方法

1.本发明涉及超声无损检测领域，特别涉及一种周期性磁体柔性电磁超声探头。


背景技术：

2.电磁超声检测相较于传统的压电超声检测技术具有无需耦合剂、无需打磨、重复检测稳定性高、适用极端高低温检测等诸多优点。组成电磁超声探头的主要功能部件是换能线圈和磁体，其中磁体提供偏置磁场，换能线圈中通高频交流电信号，在被检对象中激励超声波，并接受检测回波信号。电磁超声探头可以通过改变换能线圈和外加偏置磁场的形式，实现不同类型超声波的激励和接收，如超声体波、表面波、导波等。目前，电磁超声探头多采用永磁体提供偏置磁场，且大部分探头采用磁极端面是平面的永磁体进行设计，探头的前端为平面型，可很好地适用于平面被检对象，但在检测曲面被检对象时，由于平面前端不能适应贴合曲面，导致探头前端提离不均匀，对电磁超声探头的换能效率影响较大。因此，为了适应特定的被检对象表面，常需要定制特定形状的磁体，以设计适应被检表面的专用电磁超声探头。然而，定制前端形状的电磁超声探头仅能适用于某一特定的被检对象表面，无法应用于其他形状表面，其适用范围十分有限。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的问题，本发明提供一种周期性磁体柔性电磁超声探头，提高电磁超声探头的检测适应性，实现单个探头适用多种被检对象表面，在不同表面状态下均可获得良好的检测效果。
4.为解决上述技术问题，本技术提供以下技术方案：
5.本技术提供一种周期性磁体柔性电磁超声探头，包括：多个周期性磁体、柔性连接单元及换能线圈；
6.多个周期性磁体并排设置并与柔性连接单元固定连接，使得各周期性磁体之间的夹角可根据被检表面的形状改变，换能线圈设置在多个周期性磁体下方。
7.进一步的，柔性连接单元包括：多个固定部及多个转动副，每一固定部与一周期性磁体固定连接，相邻的固定部之间通过转动副连接。
8.进一步的，换能线圈为回折型线圈，回折型线圈的长直线段导线位于对应的周期性磁体正下方。
9.进一步的，换能线圈为回折型线圈，回折型线圈的长直线段导线位于各周期性磁体之间的空间的下方。
10.进一步的，换能线圈为跑道型线圈，多个周期性磁体覆盖跑道型线圈的长直线段导线。
11.进一步的，换能线圈为相控阵线圈，相控阵线圈设置在多个周期性磁体的正下方，或设置在各周期性磁体之间的空间的下方。
12.进一步的，周期性磁体柔性电磁超声探头还包括：用于实现探头的整体封装的柔
性封装外壳。
13.进一步的，周期性磁体柔性电磁超声探头还包括保护层，保护层设在换能线圈下方。
14.进一步的，周期性磁体柔性电磁超声探头还包括弹性连接体，弹性连接体设置在周期性磁体单元之间。
15.进一步的，柔性封装外壳上设置有信号接头或信号连接线，用于连接外部检测仪器。
16.进一步的，相邻的周期性磁体的极性相反。
17.由上述技术方案可知，本技术提供的周期性磁体柔性电磁超声探头具有柔性连接单元，其中，柔性连接单元包括多个固定部及多个转动副，每一固定部与一周期性磁体固定连接，相邻的固定部之间通过转动副连接，磁性单元之间可绕转动副旋转一定角度，因此提高了电磁超声探头的检测适应性，实现单个探头适用多种被检对象表面，在不同表面状态下均可获得良好的检测效果。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是本发明实施例中的周期性磁体柔性电磁超声探头的结构示意图一。
20.图2是本发明实施例中的周期性磁体柔性电磁超声探头的结构示意图二。
21.图3是本发明实施例中回折型线圈相对周期性磁体设置位置示意图一。
22.图4是本发明实施例中回折型线圈相对周期性磁体设置位置示意图二。
23.图5是本发明实施例中跑道型线圈相对周期性磁体设置位置示意图。
24.图6是本发明实施例中相控阵线圈相对周期性磁体设置位置示意图一。
25.图7是本发明实施例中相控阵线圈相对周期性磁体设置位置示意图二。
26.图8是本发明实施例中周期性磁体柔性电磁超声探头的结构图一。
27.图9是本发明实施例中周期性磁体柔性电磁超声探头的结构图二。
28.图10是本发明实施例中周期性磁体柔性电磁超声探头实现超声横波的示意图。
29.图11是本发明实施例中周期性磁体柔性电磁超声探头实现超声纵波的示意图。
30.图12是本发明实施例中周期性磁体柔性电磁超声探头实现表面波的示意图。
31.图13是本发明实施例中周期性磁体柔性电磁超声探头激发的表面波的波形图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.图1是本发明实施例中的周期性磁体柔性电磁超声探头的结构示意图，如图1所
示，一种周期性磁体柔性电磁超声探头，包括：多个周期性磁体1、柔性连接单元2及换能线圈3。
34.多个周期性磁体1并行排列设置，并且相邻的周期性磁体1的极性相反。按照磁场产生方式，周期性磁体1可以是永磁体或电磁体；按照磁体的材质分类，周期性磁体1可以是硬质或软质磁体；周期性磁体1的数量可根据具体需求而定，一般不小于2个。
35.一实施例中，多个周期性磁体1可以等间距并行排列设置。
36.多个周期性磁体1与柔性连接单元2固定连接，柔性连接单元2可以使得相邻的周期性磁体1之间采用柔性连接方式连接，柔性连接是一种允许连接部位发生轴向伸缩、折转和垂直轴向产生一定位移量的连接方式，通过柔性连接，各个周期性磁体1可根据不同被检对象表面10改变彼此的相对位置，即改变彼此之间的夹角。
37.一实施例中，换能线圈3设置在多个周期性磁体1下方，换能线圈3用于在被检对象中实现超声波的激励和接收，激励时换能线圈3中通入高频电流，并感应接收被检工件中的超声回波。换能线圈3可以为回折线圈31、跑道型线圈32、相控阵线圈33等，不同类型的线圈采用不同的设置方式，可以在被检对象中激励产生不同的超声波，如超声横波、纵波、表面波、导波、相控阵超声导波等。
38.通过在周期性磁体单元1间设置柔性连接单元2，保证了在检测中每个周期性磁体单元1均与被检对象表面10贴合，提高了电磁超声探头的检测适应性，通过不同类型换能线圈3与多个周期性磁体1配合设置，实现了不同的检测需求。
39.一实施例，如图2所示，柔性连接单元2包括：多个固定部4及多个转动副5，每一固定部4与一周期性磁体1固定连接，每一个转动副5均可通过固定部4连接两个极性相反的周期性磁体1。通过转动副5和固定部4对各周期性磁体进行连接，形成整体的周期性磁体柔性电磁超声探头。固定部4可采用的固定方式为胶粘或螺丝固定。
40.转动副5是一种活动连接结构，周期性磁体单元1之间可绕转动副5旋转一定角度，当被检表面10是曲面时，探头放置在被检表面时，周期性磁体1之间会根据被检表面10的形状绕转动副5旋转，保证每个周期性磁体1均与被检表面10贴合，提高对被检表面10的适应性。
41.一实施例，柔性连接单元2也可以采用其他的设置方式实现周期性磁体1的柔性连接，如弹簧连接、链式连接等。
42.一实施例，如图3所示，换能线圈3为回折型线圈31，回折线圈31可由多匝导线绕制而成，相邻回折导线的电流方向相反。相邻周期性磁体1极性相反且等间距分布，回折型线圈31的长直线段导线位于对应的周期性磁体1正下方。利用周期性磁体1提供的垂直偏置磁场，在被检对象中激励产生超声横波和表面波，产生的超声横波11可用于测厚、探伤，表面波15可用于检测表面裂纹。
43.一实施例，如图4所示，换能线圈3为回折型线圈32，相邻周期性磁体1极性相反且等间距分布，回折型线圈32的长直线段导线位于各周期性磁体1之间的空间的下方。利用周期性磁体1之间形成的水平磁场，在工件中激励产生超声纵波13，产生的超声纵波可用于测厚、探伤。
44.一实施，如图5所示，换能线圈3为跑道型线圈33，跑道型换能线圈33可为漆包线绕制的跑道型线圈或柔性印刷线路板pcb制成的跑道型换能线圈。跑道型换能线圈33设置于
周期性磁体1下方，周期性磁体1覆盖跑道型换能线圈33的长直导线段，相邻周期性磁体1极性相反分布，周期性磁体1的间距可根据超声导波的波长来设置。利用周期性磁体1形成的垂直磁场，在工件中激励产生超声导波，超声导波可实现大面积的扫查。
45.一实施例，如图6和图7所示，换能线圈3为相控阵线圈34，相邻周期性磁体1极性相反且等间距分布，相控阵线圈34设置于周期性磁体1正下方时，可实现相控阵超声横波声束的激励；相控阵线圈34设置于周期性磁体1之间时，可实现相控阵超声纵波声束的激励；相控阵超声横波、相控阵超声纵波可用于超声相控阵成像检测。
46.一实施例，换能线圈3还可采用其他形式与周期性磁体1相对设置。
47.图8、图9是本发明一实施例中周期性磁体柔性电磁超声探头的结构图，如图9所示，周期性磁体柔性电磁超声探头包括柔性封装外壳9、柔性连接单元2、周期性磁体1、换能线圈3、弹性连接体6、保护层7和信号接头或信号连接线8。探头整体采用柔性封装外壳9进行封装，一方面保护了探头的各功能组件，另一方面使得探头适应各种表面，柔性封装外壳9具有一定的弹性，便于实现扩张和收缩功能。
48.柔性封装外壳9上设置有信号接头或信号连接线8，信号接头或信号连接线8连接换能线圈3，并可通过信号线缆与外部检测仪器相连，用于实现探头与外部检测仪器的通信，将检测被测表面10得到的检测信号传输至外部检测仪器进行分析。周期性磁体柔性电磁超声探头也可以不设置信号接头或信号连接线8，换能线圈3直接通过信号引线与外部检测仪器相连。
49.柔性封装外壳9内设有多个周期性磁体1和多个弹性连接体6，相邻的周期性磁体1极性相反，相邻的周期性磁体1通过一个柔性连接单元2柔性连接。弹性连接体6设置在相邻周期性磁体1之间，保证了周期性磁体1的整体性，弹性连接体6具备一定的伸缩性，以便实现周期性磁体1之间的转动。设置在周期性磁体1之间的弹性连接体6是可选的，还可根据需求设置类似的连接方式。
50.换能线圈3设置在多个周期性磁体1和多个弹性连接体6下方，换能线圈3的材质为柔性材质，以便适应性不同被检对象表面10。
51.保护层7设在换能线圈3下方，用于保护探头内部功能器件，保护层7采用柔性材质可以更好适应被检对象表面10。
52.一实施例，如图10所示，探头设置于曲面试件12圆弧表面上，在曲面试件12中激励产生超声横波11。
53.一实施例，如图11所示，探头设置于曲面试件12圆弧表面上，在曲面试件12中激励产生超声纵波13。
54.一实施例，如图12所示，被检对象是一异形件14，探头设置于异形件14表面上，在异形件14中激励产生超声表面波15，超声表面波的波形如图13所示。
55.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
56.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程
图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
57.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
58.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
59.本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。