电磁超声弹性模量测量换能器结构的制作方法

本发明属于机械结构及电磁超声波无损检测技术应用领域，针对电磁超声检测过程中，超声波的声速和材料弹性模量之间所具有的关系，设计的一种检测材料属性的电磁超声弹性模量测量换能器结构。

背景技术

电磁超声波检测技术属于超声波检测技术的一种，是无损检测领域出现的新技术，可应用于金属材料无损检测。其超声波的产生与接收区别于传统压电超声波检测技术。在工业应用中，具有非接触、无需耦合剂等优势技术特点。

电磁超声换能器是电磁超声检测技术的应用核心，即探头部分。是用于产生和接收超声波的核心部件。电磁超声换能器由三部分组成，磁钢、线圈、工件。线圈置于工件近表面，对线圈通交变电条件下，在工件近表面内部形成涡流；在磁钢偏置磁场作用下，交变涡流受到交变机械力；涡流质点在交变机械力的作用下，形成机械波，产生超声波。在各向同性的固体材料中，应力和应变满足的胡克定律,超声波传播的特征方程是已知的，当介质中质点振动方向与超声波的传播方向一致时,称为纵波，当介质中质点的振动方向与超声波的传播方向相垂直时，称为横波。在气体介质中，声波只是纵波。在固体介质内部,超声波可以按纵波或横波两种波型传播。无论是材料中的纵波还是横波,其速度都可以求出，对于不同材料,其纵波波速和横波波速的大小一般不一样，它们都由弹性介质的密度、杨氏模量和泊松比等弹性参数决定,即影响这些物理常数的因素都对声速有影响。利用测量超声波速度的方法可以测量材料有关的弹性常数。

材料在弹性变形阶段，其应力和应变成正比例关系符合胡克定律，该比例系数称为杨氏模量。固体在应力作用下，沿纵向有一正应变（伸长），沿横向就将有一个负应变（缩短），横向应变与纵向应变之比被定义为泊松比，它也是表示材料弹性性质的一个物理量。

在各向同性固体介质中，各种波型的超声波声速存在已知的公式，通过测量介质的纵波声速和横波声速，利用已知公式可以计算介质的弹性常数

本领域的技术人员致力于研发一种适用工程检测应用的电磁超声弹性模量测量换能器结构。

技术实现要素：

发明目的：材料自身具有其各自的固有属性，弹性模量是材料的一种固有属性，弹性模量包括许多参数，可以表征材料的不同性质，超声波的声速与弹性模量之间具有一定关系，为测量超声波声速得出检测工件弹性模量参数而设计的一种电磁超声弹性模量测量换能器结构，通过将测得的检测工件弹性模量参数与标准范围相比较判定材料属性从而实现工程检测中应用。

技术方案：

一种电磁超声弹性模量测量换能器结构，其特征在于：

包括：

手持系统；

磁铁及其固定系统；

线圈及其保护系统；

所述手持系统中的龙门式握柄开口处安装有磁铁及其固定系统；

所述线圈及其保护系统包括套在磁铁及其固定系统外的内保护壳和外保护壳，所述内保护壳和外保护壳之间设置有线圈；

所述磁铁及其固定系统包括两块被绝缘胶块隔开的磁铁，还包括用来固定绝缘胶块与磁铁的轭铁。

所述的电磁超声弹性模量测量换能器结构，优选地：所述手持系统包括长杆握柄和龙门式握柄；所述龙门式握柄开口处卡夹通过螺钉连接轭铁。

所述的电磁超声弹性模量测量换能器结构，优选地：所述两块磁铁间设置有绝缘胶块；每块磁铁上端有两个螺孔，绝缘胶块上端开有一个螺孔；方形轭铁放置于绝缘胶块和磁铁的顶端，所述轭铁上开有5个螺孔，通过螺钉与磁铁、绝缘胶块紧固。

所述的电磁超声弹性模量测量换能器结构，优选地：所述内保护壳和外保护壳均为绝缘树脂材料制成；所述内保护壳紧贴于轭铁和磁铁；线圈套在内保护壳外与内保护壳紧贴；外保护壳套在线圈外与线圈紧贴。

所述的电磁超声弹性模量测量换能器结构，优选地：所述龙门式握柄开口处卡夹上设置有引线口。

所述的电磁超声弹性模量测量换能器结构，优选地：通过长杆螺钉贯穿轭铁与龙门式握柄开口处的两侧卡夹，将轭铁与手持系统固定。

所述的电磁超声弹性模量测量换能器结构，优选地：所述线圈为方形。

优点及效果：

无需耦合剂，可以直接在被测工件表面进行检测，检测时只需要测量声速，测量结果容易获取；

检测过程不会对被测工件造成二次伤害，在准确判定被测工件各项参数是否有异常的同时保护工件；

对于一些大型机件、长距离管道、重型设备等不易拆装、挪动的被测工件，电磁超声弹性模量测量换能器可以在被测工件作业现场完成检测，节约时间，节省人力物力。

附图说明：

图1是本发明总装图。

图2是本发明各部件散开的爆炸视图。

附图标记说明：

1：手持系统；2：磁铁及其固定系统；3：线圈及其保护系统；4：长杆握柄；5：绝缘胶块；6：轭铁；7：磁铁；8：内保护壳；9：外保护壳；10：线圈；11：龙门式握柄。

具体实施方式：

本发明涉及一种电磁超声弹性模量测量换能器的结构，如图1所示包括手持系统1、磁铁及其固定系统2、线圈及其保护系统3。

手持系统1采用仿龙门式卡夹设计，长杆握柄4和龙门式握柄11方便操作人员在不同环境下提握换能器，龙门式握柄11下方设计有卡夹，通过两根直杆螺钉与轭铁6相紧固，卡夹前端有引线口引出导线，连接接插件，接插件与手持系统接触部分使用绝缘树脂浇注，起到绝缘作用；

磁铁及其固定系统2包括绝缘胶块5、轭铁6、磁铁7，电磁超声弹性模量测量换能器结构共有两块磁铁，两块磁铁间放置有绝缘胶块5，每块磁铁上端有两个螺孔，绝缘胶块5上端有一个螺孔，轭铁放置于磁铁和绝缘胶块上端，轭铁上有五个螺孔，与磁铁和绝缘胶块的螺孔相对应，通过螺钉相紧固；

线圈及其保护系统3包括内保护壳8、外保护壳9、线圈10，保护壳采用绝缘树脂材料，内保护壳8套在磁铁及其固定系统2外，紧贴于轭铁6、磁铁7，线圈10套在内保护壳8外与内保护壳8紧贴，外保护壳9套在线圈10外与外保护壳9紧贴。

本发明工作原理如下：

如图1所示，电磁超声弹性模量测量换能器包括手持系统、磁铁及其固定系统、线圈及其保护系统。绝缘胶块夹于两块磁铁之间，使两块磁铁形成闭合磁场，轭铁放置于磁铁和绝缘胶块上，轭铁上有螺孔，通过螺钉将磁铁和绝缘胶块固定成一个系统并将磁铁及其固定系统与手柄相连接。

线圈及其保护系统包裹在磁铁及其固定系统外，保护壳采用绝缘树脂材料，绝缘树脂材料具有较好柔软性、较高粘滞性的特点，可以紧贴磁铁，不产生空隙，对电磁超声弹性模量测量换能器的精度不产生影响；良好的电气性能、较低的放热性使得固定筒的使用不会对系统稳定性产生影响；内外保护壳设计易于拆卸，当线圈损坏时可以只更换线圈，降低成本；在实际使用过程中，保护壳可以缓冲受到的热震及机械冲击，保护线圈，延长线圈使用寿命。

手持系统设计有长杆握柄和龙门式握柄，长杆握柄可以在检测位置位于检测工件腔内时方便检测人员推拉电磁超声弹性模量测量换能器，龙门式握柄在检测位置位于检测工件表面时方便检测人员使用，同时方便检测人员在检测前后携带电磁超声弹性模量测量换能器，龙门式握柄下端有卡夹，将手持系统与磁铁及其固定系统相连接，卡夹的方形设计增大了与轭铁的接触面积，长杆螺钉紧固后,增强了系统稳定性，在受到应力时，连接部位不宜发生错位形变，确保了电磁超声弹性模量测量换能器的正常使用，卡夹上留有线圈导线的引线口，可以与接插件相连，连接到测试仪器上，接插件与手持系统接触部分使用绝缘树脂浇注，起到绝缘作用，避免因为导线裸露和与其他地方接触而产生的扰动信号影响测量结果，保护检测人员，避免因为误触而导致的人员受伤情况。