一种电磁超声探头的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于工业测量技术领域，具体涉及一种电磁超声探头。
【背景技术】
[0002]近年来，无损检测技术对工业设备可靠性和安全性的检测和评估起到越来越重要的作用。电磁超声检测技术因具有非接触、不需耦合剂、重复性好等特点，在钢铁、航空航天及铁路交通等无损检测领域具有巨大的应用前景。
[0003]与传统的压电检测相比，电磁超声换能效率较低，采集到的电磁超声信号微弱，甚至会低至微伏级，在传输到上位机或放大模块之前，很容易受到外界电磁干扰等噪声的影响。特别是在工业应用场合，很容易因为外界噪声引起误检、漏检等情况的发生，使得电磁超声检测技术的应用受到了较大的限制。
[0004]CN 102023186.B公开了一种电磁超声探头，并给出使用该电磁超声探头检测管道的方法，可以实现对车轮轮箍缺陷的在线检测;CN 101701810公开了一种可降低磁铁回波的电磁超声接收器;CN101713642.B公开了一种电磁超声探头，其采用脉冲电磁铁产生偏置磁场，避免了采用永磁偏置磁场的电磁超声探头在金属结构上移动困难的问题；CN102706966披露了一种水平剪切电磁超声探头，通过在主永久磁铁闭合的磁路上施加辅助永久磁铁，提高了电磁超声线圈下部的试件磁化强度，从而可将电磁超声信号强度比传统电磁超声探头增加两倍，但其增大倍数依然有限，其输出信号依然容易被干扰。
[0005]上述电磁超声探头虽都可以实现超声检测，但其缺点主要有二:首先，由于电磁超声的换能效率较低，传统电磁超声探头的输出电压都在毫伏级以下，在铝板检测中甚至会低至微伏级，信号从探头传输到后续电路模块或上位机采集卡的过程中，极易受到外界电磁干扰的影响，出现信号检测失效的问题，此外部分探头采用脉冲电磁铁产生偏置磁场，这也使得脉冲电磁铁本身对探头输出信号产生干扰。其次，该类电磁超声探头在工业应用中将面对复杂的电磁噪声，探头的输出信号将更加复杂，增加信号处理难度，甚至出现误检、漏检等现象的发生，大大限制了电磁超声检测技术的应用。
【实用新型内容】
[0006]针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种电磁超声探头。该电磁超声探头通过将前置放大模块集成于电磁超声探头内部，可以显著提高电磁超声探头向外输出的电磁超声信号幅值，克服电磁超声低换能效率而导致的信号传输过程中易被噪声干扰的问题，特别适合于复杂情况电磁超声检测；同时，电磁超声探头中永磁体的旋转设计也非常巧妙，解决了现有电磁超声探头在铁磁性金属材料上移动困难的问题，且操作简单。前置放大模块采用两级放大电路结构简单，成本低廉，并可方便的实现放大增益的调节。本实用新型通过采用以场效应晶体管VN88AFD和运算放大器AD9618JN为核心的放大电路集成于电磁超声探头内部，使得电磁超声探头输出的超声信号幅值显著提高，可达近百毫伏，并且电磁超声探头内部的硅钢叠片结构可有效降低内部涡流对超声信号的影响，使得该电磁超声探头的换能效率和抗干扰能力明显增强;此外，通过对永磁体进行旋转控制，有效解决了传统电磁超声探头在铁磁性金属结构上移动困难的问题。
[0007]本实用新型解决所述技术问题所采用的技术方案是，提供一种电磁超声探头，其特征是该电磁超声探头包括前置放大模块、隔离层、外壳、接收线圈和永磁装置;所述外壳顶面上设有拨动开关、电源线接口和BNC接头，外壳的底面内侧设有隔离层，外壳的两个侧面中心均设有开孔，所述前置放大模块位于外壳内部，且通过螺丝固定在外壳顶面内侧，所述接收线圈粘贴在隔离层上;接收线圈通过信号线与前置放大模块的输入端相连，前置放大模块的输出端与固定在外壳上的BNC接头相连，所述拨动开关控制前置放大模块的档位，电源线接口与外接电源相连；
[0008]所述永磁装置包括永磁体、第一弧形磁靴、第二弧形磁靴、十字联轴器和机械旋钮，所述永磁体位于两个弧形磁靴中间，永磁体的中部设有十字孔槽，所述第一弧形磁靴和第二弧形磁靴以永磁体为中心对称布置，第一弧形磁靴置于接收线圈的垂直上方，第二弧形磁靴通过螺丝固定在前置放大模块的下面;所述十字联轴器穿过永磁体中部的十字孔槽，十字联轴器的一端置于外壳一侧面的开孔内，十字联轴器的另一端通过外壳另一侧面的开孔穿过外壳，并与机械旋钮相连;机械旋钮位于外壳的外侧，机械旋钮通过十字联轴器带动永磁体在水平和垂直两个方向切换。
[0009]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:①本实用新型基于电磁超声的原理对超声信号进行采集，通过设置机械旋钮，实现了对永磁装置的调节与控制，解决了现有电磁超声探头在铁磁性金属材料上移动困难的问题，且操作简单，价格低廉，更适合于工业应用;②本实用新型通过将前置放大模块集成于电磁超声探头的结构中，可将电磁超声探头的输出信号幅值提高近千倍，同时使得信号在后续传输给采集卡或示波器的过程中抗干扰能力增强，降低了漏检、误检的可能性，有效提高了检测的可靠性;③本实用新型通过采用硅钢片叠片结构作为永磁体的弧形磁靴，可以显著降低电磁超声探头内部涡流的产生，避免了涡流在磁场作用下所产生的超声波及其对电磁超声采集过程中的干扰，提高了电磁超声的换能效率;④本实用新型中前置放大模块通过采用以场效应晶体管VN88AH)和运算放大器AD9618JN为核心的放大电路，可以将电磁超声探头输出信号放大可达1000倍，并且放大倍数有1倍、100倍和1000倍三档可调。
【附图说明】
[0010]图1为本实用新型电磁超声探头一种实施例的俯视结构不意图；
[0011]图2为本实用新型电磁超声探头图1中的A-A面的剖视结构示意图；
[0012]图3为本实用新型电磁超声探头图1中的B-B面的剖视结构示意图；
[0013]图4为本实用新型电磁超声探头一种实施例中前置放大模块I的一级放大电路原理图；
[0014]图5为本实用新型电磁超声探头一种实施例中前置放大模块I的二级放大电路原理图；
[0015]图6为本实用新型电磁超声探头用于超声实验的原理示意图；
[0016]图7(a)为对压电探头实施170V方波激励，连续7个周期，频率为IMHz，拨动开关7移至第一档位时，电磁超声探头所采集过程示意图；
[0017]图7(b)为对压电探头实施170V方波激励，连续7个周期，频率为1MHz，拨动开关7移至第二档位时，电磁超声探头所采集过程示意图；
[0018]图7(c)为对压电探头实施170V方波激励，连续7个周期，频率为IMHz，拨动开关移至第三档位时，电磁超声探头所采集过程示意图；
[0019]图中，1.前置放大模块、2.隔离层、3.外壳、4.接收线圈、5.永磁装置、6.BNC接头、
7.拨动开关、8.信号线、9.电源线接口； 501.永磁体、502.第一弧形磁靴、503.十字联轴器、504.机械旋钮、505.第二弧形磁靴、5011.十字孔槽；10.工控机、11.压电探头、12.金属板、13.电磁超声探头、14.电源适配器、15.不波器。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例及附图对本实用新型进一步说明。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型权利要求的保护范围。
[0021]本实用新型电磁超声探头(参见图1-3)包括前置放大模块1、隔离层2、外壳3、接收线圈4和永磁装置5;所述外壳3顶面上设有拨动开关7、电源线接口 9和BNC接头6，外壳3的底面内侧设有隔离层2，外壳3的两个侧面中心均设有开孔，所述前置放大模块I位于外壳3内部，且通过螺丝固定在外壳3顶面内侧，所述接收线圈4粘贴在隔离层2上;接收线圈4通过信号线8与前置放大模块I的输入端相连，前置放大模块I的输出端与固定在外壳3上的BNC接头6相连，所述拨动开关7控制前置放大模块I的档位，电源线接口 9与外接电源相连；
[0022]所述永磁装置5包括永磁体501、第一弧形磁靴502、第二弧形磁靴505、十字联轴器503和机械旋钮504，所述永磁体501位于两个弧形磁靴中间，永磁体501的中部设有十字孔槽5011，所述第一弧形磁靴502和第二弧形磁靴505以永磁体501为中心对称布置，第一弧形磁靴502置于接收线圈4的垂直上方，第二弧形磁靴505通过螺丝固定在前置放大模块I的下面;所述十字联轴器503穿过永磁体中部的十字孔槽5011，十字联轴器503的一端置于外壳3一侧面的开孔内，十字联轴器503的另一端通过外壳3另一侧面的开孔穿过外壳3，并与机械旋钮504相连;机械旋钮504位于外壳3的外侧，机械旋钮504通过十字联轴器503带动永磁体501在水平和垂直两个方向切换。
[0023]本实用新型的进一步特征在于所述第一弧形磁靴502由冷乳取向硅钢片叠加而成，每层硅钢片表面涂有绝缘漆;所述第二弧形磁靴505为高导磁材料制成。
[0024]本实用新型的进一步特征在于所述永磁体501采用钕铁硼材料制成，外壳3由导磁钢材料制成。
[0025]本实用新型的进一步特征在于所述接收线圈4为螺旋形、回折形或跑道形，由PCB印制电路板技术印制或漆包线绕制而成。
[0026]本实用新型的进一步特征在于所述前置放大模块I包括一级放大电路和二级放大电路，一级放大电路为共源共栅型放大电路，二级放大电路为同相放大电路。
[0027]本实用新型的进一步特征在于所述一级放大电路包括一对场效应晶体管VN88AFD;所述二级放大电路包括电流反馈运算放大器AD9618JN。
[0028]在图3中机械旋钮504位于外壳3的外侧，机械旋钮504将带动永磁体501在水平和垂直两个方向切换。当永磁体501处于水平方向时，电磁超声探头与被测金属板之间的吸力减小，可以自由移动电磁超声探头；当永磁体501处于垂直方向时，电磁超声探头将与被测金属板紧密接触，并可采集信号。永磁体501的这种可控转动操作解决了现有技术中电磁超声探头在被测件上不易移动的问题。
[0029]本实用新型中的前置放大模块I由一级放大电路和二级放大电路两部分组成，一级放大电路(参见图4)是由一对低噪声结型场效应晶体管VN88AH)构成的共源共栅型放大电路，二级放大电路(参见图5)是由高速、低噪、宽带、电流反馈运算放大器AD9618 JN构成的同相放大电路。通过调节拨动开关7的档位，前置放大模块I能实现对接收超声信号10倍、1