7通电电压的脉冲上升沿和下降沿分别比动态交流线圈8通电电压上升沿和下降沿提前和延后△ t，这可确保磁致伸缩薄片材料产生魏德曼效应的稳定性。
[0051]如图7所示，VS是正交缠绕式线圈中直流偏置线圈的输入电压，是一种脉冲宽度可调的方波脉冲信号，VD是正交缠绕式线圈中动态交流线圈的输入电压，是一种谐波群脉冲信号，即数个周期的正弦波经矩形窗、汉宁窗或高斯窗等窗函数的Toneburst信号，VS的上升沿比VD的上升沿提前Δ t时间，VS的下降沿比VD的下降沿落后Δ t时间，可保证直流偏置磁场的稳定性。
[0052]如图8所示，实施例导波发射器I通过专用SH波耦合剂安装在尺寸为长1000mm、宽800mm、厚6mm的钢板9上，与导波检测仪10通过电缆连接。导波检测仪10对堆叠磁致伸缩薄层式剪切模态超声导波发射器I施加激励脉冲电压，在钢板9中形成超声导波11，超声导波11遇到缺陷12发生反射，回波通过多层堆叠磁致伸缩薄层式剪切模态超声导波发射器I感应(脉冲回波模式)或由专门的导波接收器14感应并由导波检测仪10检测。
[0053]对比图9、图10和图11中的缺陷波包可以看到，在导波检测仪10检测参数相同的情况下，缺陷12波包的幅值分别为0.431V、0.872V和1.137V，与多层堆叠磁致伸缩剪切模态超声导波发射器I叠层结构层数成近似正比关系，如图12所示，实现了多层堆叠磁致伸缩剪切模态超声导波发射器I输出剪切微应变线性叠加的目标。本发明的多层堆叠磁致伸缩剪切模态超声导波发射器I也可以作为超声导波接收器，但本发明的主要目的是增大剪切模态发射器的输出应变。
[0054]本发明克服了磁致伸缩材料饱和特性对磁致伸缩剪切模态超声导波发射器微应变输出的限制，使多层堆叠磁致伸缩剪切模态超声导波发射器输出剪切微应变线性叠加，提升了磁致伸缩剪切模态发射器的发射功率，进而达到增大超声导波检测范围和检测灵敏度的目的，并经试验验证为有效。
[0055]上述【具体实施方式】用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于:包括塑料外壳(2)、背衬阻尼层(3)和多层磁致伸缩薄层结构(3)，磁致伸缩薄层结构(3)包含两个正交缠绕式线圈(7、8)和磁致伸缩薄片材料(6)，两个正交式线圈通电提供磁致伸缩薄片材料所需的静态偏置磁场和动态交流磁场，多层磁致伸缩薄层结构(3)通过作为耦合剂的环氧树脂(5)上下粘结形成多层堆叠结构，多层堆叠结构的四周围和顶面通过塑料外壳(2)包裹封装，多层堆叠结构的顶面与塑料外壳(2)内顶面之间设有用于衰减反方向微应变的背衬阻尼层(3);每一层磁致伸缩薄层结构(3)中的磁致伸缩薄片材料(6)通过魏德曼效应产生剪切微应变，经线性叠加形成多层堆叠磁致伸缩剪切模态超声导波发射器的总输出微应变。2.根据权利要求1所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于:所述的两个正交缠绕式线圈包含相互正交缠绕在磁致伸缩薄片材料(6)上的直流偏置线圈(7)和动态交流线圈(8)，通电的直流偏置线圈(7)和动态交流线圈(8)分别提供磁致伸缩材料魏德曼效应所需的静态偏置磁场和动态交流磁场，使得每一层薄层结构中的磁致伸缩材料都将产生剪切微应变，并通过控制两个正交缠绕式线圈的通电电压和电流方向，使得相邻的两层磁致伸缩薄片材料(6)产生转向一致且相位相差90度剪切微应变，最后在所述导波发射器的输出端实现线性叠加，背衬阻尼层(3)使反方向的微应变衰减。3.根据权利要求1所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于:相邻的两个所述磁致伸缩薄层结构(3)之间和多层堆叠结构最底部的磁致伸缩薄层结构(3)底面均设有用环氧树脂(5)形成的环氧树脂耦合层，多层堆叠结构最顶部的磁致伸缩薄层结构(3)顶面与塑料外壳(2)之间设有背衬阻尼层(3)。4.根据权利要求2所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于:所述所有磁致伸缩薄层结构(3)中的直流偏置线圈(7)和动态交流线圈(8)缠绕方向相互相反交替布置。5.根据权利要求2所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于:所述的两个正交缠绕式线圈中，直流偏置线圈(7)的通电电压波形为脉宽调制方波，提供直流偏置磁场；动态交流线圈(8)的通电电压波形为谐波式脉冲群，提供动态交流磁场;直流偏置线圈(7)通电电压的脉冲上升沿比动态交流线圈8通电电压上升沿提前，直流偏置线圈(7)通电电压的脉冲下降沿比动态交流线圈8通电电压下降沿延后。6.根据权利要求2所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于:上下相邻的两个所述磁致伸缩薄层结构(3)中，两个正交缠绕式线圈的通电电流交替互换，即上层磁致伸缩薄层结构(3)中的直流偏置线圈(7)与下层磁致伸缩薄层结构(3)中的动态交流线圈(8)通电电流方向相反，上层磁致伸缩薄层结构(3)中动态交流线圈(8)在下层磁致伸缩薄层结构(3)中的直流偏置线圈(7)通电电流相同，使得两个正交缠绕式线圈产生的两个磁场方向相互垂直，上下相邻磁致伸缩薄层结构(3)中磁致伸缩薄片材料(6)磁畴偏转转向一致相位相差90度。7.根据权利要求1-6任一所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于:所述的磁致伸缩材料采用Fe-N1、Fe-Co、Fe_Ga、NiMnGa或Terfenol-D等磁致伸缩薄层材料，厚度为0.05-1.0mm。8.根据权利要求1-6任一所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于:所述的两个正交缠绕式线圈缠绕在磁致伸缩薄片材料(6)上，环氧树脂(5)将正交缠绕式线圈和磁致伸缩薄片材料(6)粘结成一体，同时具有良好的超声导波耦合特性。9.根据权利要求1-6任一所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于:所述的背衬阻尼层(3)由环氧树脂和钨粉配制而成，其厚度为剪切模态超声导波的半波长。10.根据权利要求1-6任一所述的一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器，其特征在于:所述的磁致伸缩薄片材料(6)为正方形。
【专利摘要】本发明公开了一种多层堆叠式磁致伸缩剪切模态超声导波发射器。磁致伸缩薄层结构包含两个正交缠绕式线圈和磁致伸缩薄片材料，多层磁致伸缩薄层结构通过环氧树脂粘结形成多层堆叠结构，多层堆叠结构的四周围和顶面通过塑料外壳包裹封装，多层堆叠结构的底面连接被测物体进行检测，多层堆叠结构的顶面与塑料外壳内顶面之间设有用于衰减反方向微应变的背衬阻尼层；每一层磁致伸缩薄层结构中的磁致伸缩薄片材料通过魏德曼效应产生剪切微应变，经线性叠加形成多层堆叠磁致伸缩剪切模态超声导波发射器的总输出微应变。本发明克服了磁致伸缩材料饱和特性对磁致伸缩剪切模态超声导波发射器微应变输出的限制，提升磁致伸缩剪切模态发射器的发射功率。
【IPC分类】G01N29/24
【公开号】CN105675726
【申请号】CN201610018748
【发明人】唐志峰, 吕福在, 姜晓勇, 张小伟, 伍建军
【申请人】浙江大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年1月12日