一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电磁超声检测技术领域，尤其是一种用于产生表面波和兰姆波的双模电磁超声的探头。
【背景技术】
[0002]超声波是重要无损检测的手段，其穿透能力强，能对试件内部和表面缺陷进行检测，缺陷定位准确，对面积型缺陷的检出率较高，灵敏度高，可检测试件内部尺寸很小的缺陷。目前无损探伤的主要使用压电超声换能器产生超声波，其结构简单，换能效率较高，但是由于使用时需要耦合剂，需要对被测材料表面进行预处理，测量温度和速度的限制这些缺点使得超声无损检测在工业在线无损检测上的应用一直存在困难，需要使用很复杂且密封很好的机械结构才能进行检测，另外由于适合大面积探伤的表面波和兰姆波质点振动方式比较特殊，压电探头需要使用特殊的透声楔才能获得，探头的结构会比较的复杂，影响探头的实用价值。
【实用新型内容】
[0003]现有技术难以满足人们的生产生活需要，为了解决上述存在的问题，本实用新型提出了一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，该探头能够高效的产生电磁超声进行无损检测，并根据待测的试件厚度，方便的在产生表面波和兰姆波之间进行切换，对试件材料进行无损检测。
[0004]为实现该技术目的，本实用新型采用的技术方案是:一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，包括激励线圈、1#电磁铁、2#电磁铁、试件材料、嵌入式系统、电磁铁驱动电路、显示屏、信号发生电路、功率放大电路、阻抗匹配电路和可调直流电源；所述激励线圈I为漆包线绕制成跑道型结构；所述1#电磁铁和2#电磁铁为励磁磁铁。
[0005]所述电磁铁驱动电路、可调直流电源、显示屏和信号发生电路均与嵌入式系统连接；所述信号发生电路连接功率放大电路，且功率放大电路连接阻抗匹配电路，且阻抗匹配电路连接激励线圈。
[0006]进一步，所述嵌入式系统为STM32芯片及其外围电路，通过I/O端口和PWM控制电磁铁驱动电路，通过I/o端口控制信号发生电路和调节直流电源输出电压，通过SPI接口控制显不屏。
[0007]进一步，所述电磁铁驱动电路包括带PWM调节的开关电源电路，电源输出可调直流电压用于驱动1#电磁铁和2#电磁铁。
[0008]进一步，所述显示屏包括IXD显示器及其驱动电路。
[0009]进一步，所述信号发生电路包括脉冲信号发生电路，用于产生脉冲信号。
[0010]进一步，所述功率放大电路包括光电隔离电路，吸收电路和全桥电路，对脉冲信号进行功率放大。
[0011]进一步，所述阻抗匹配电路包括激励线圈阻抗匹配电路，匹配后的脉冲电信号用于驱动激励线圈。
[0012]进一步，所述可调直流电源包括输出电压可调的直流电源。
[0013]与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:该能产生各种超声波形，特别是表面波和兰姆波；在试件一端激发出表面波或者兰姆波就能使用线扫描的方式对试件进行大范围的快速检查，较之体波逐点扫描检测效率显著提高，特别适合板材的无损检测，可对高温，高速物体进行检测，无需与被测试件表面接触，无需耦合剂，能够有效的实现超声波自动化检测。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的探头结构示意图。
[0015]图2为本实用新型的激励线圈的结构示意图；
[0016]图3为本实用新型的控制电路原理示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面将对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0018]请参阅说明书附图1?3，本实用新型实施例中，一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，包括激励线圈1、1#电磁铁2、2#电磁铁3、试件材料4、嵌入式系统5、电磁铁驱动电路6、显示屏7、信号发生电路8、功率放大电路9、阻抗匹配电路10和可调直流电源11。所述激励线圈I为漆包线绕制成跑道型结构；所述1#电磁铁2和2#电磁铁3为励磁磁铁，且与电磁铁驱动电路6连接。所述电磁铁驱动电路6、可调直流电源11、显示屏7和信号发生电路8均与嵌入式系统5连接；所述信号发生电路8连接功率放大电路9，且功率放大电路9连接阻抗匹配电路10，且阻抗匹配电路10连接激励线圈。
[0019]进一步，所述激励线圈I为0.4mm漆包线绕制成跑道型，线圈的个数和线圈的匝数可自行控制，线圈的间距和长度根据激励信号的频率进行调整。1#电磁铁2和2#电磁铁3为励磁磁铁，铁芯由低碳钢制作，励磁线圈紧密绕制在铁芯上，通过调整励磁电流的大小改变磁场的强度。试件材料4为待测铁磁金属板材。
[0020]进一步，所述嵌入式系统5为STM32芯片及其外围电路，通过I/O端口和PWM控制电磁铁驱动电路，通过I/o端口控制信号发生电路和调节直流电源输出电压，通过SPI接口控制显示屏；所述电磁铁驱动电路6为带PWM接口的开关电源；所述信号发生电路8用于产生脉冲信号，所述功率放大电路9光电隔离电路，吸收电路和全桥电路，用于对脉冲信号进行功率放大，所述阻抗匹配电路10用于激励线圈和驱动电路的阻抗匹配，所述可调直流电源11用于输出可调直流电压。
[0021]第一部分为电磁超声换能装置包括激励线圈1、1#电磁铁2、2#电磁铁3、试件材料4。激励电路输出交变电流进入激励线圈，线圈产生交变磁场在试件材料上感应出交变电涡流，根据试件材料的厚度，如果试件材料为薄板，嵌入式系统控制电磁铁驱动电路驱动1#电磁铁在试件材料上产生磁场，此时装置就会沿方向2产生兰姆波，用于试件材料的无损检测，如果试件材料为厚板，嵌入式系统控制电磁铁驱动电路驱动2#电磁铁在试件材料上产生磁场，此时装置就会沿方向I产生表面波，用于试件材料的无损检测。
[0022]第二部分为激励电路包括嵌入式系统5、电磁铁驱动电路6、显示屏7、信号发生电路8、功率放大电路9、阻抗匹配电路10和可调直流电源11。嵌入式系统5为STM32芯片及其外围电路，STM32作为系统的主控芯片，控制显示屏的显示，控制磁场方向来切换表面波和兰姆波，调整磁场强度，调整超声波的频率，幅度。电磁铁驱动电路6为带PWM接口的开关电源，STM32通过产生PWM波控制电源电压来调节电磁铁磁场大小。显示屏7为LCD显示模块用于实时显示超声波类型，频率和幅度等信息。信号发生电路8用于产生控制功率放大电路的脉冲信号。功率放大电路9通过MOSFET管组成全桥电路，产生大功率的脉冲电流以驱动激励线圈。阻抗匹配电路10用于激励线圈和驱动电路的阻抗匹配。可调直流电源11用于调整大功率脉冲电流的大小。根据试件材料的厚度，嵌入式系统控制电磁铁驱动电路分别驱动1#电磁铁和2#电磁铁，并根据超声无损检测对超声幅度的需要，产生PWM波控制电磁铁驱动电路输出电流的大小，对电磁铁产生的磁场强度进行控制，通过I/O 口控制可调直流电源输出电压，对交变激励电流进行控制。同时嵌入式系统通过I/O端口控制信号发生电路输出4路脉冲信号，调整脉冲信号的频率可以改变超声信号的频率，脉冲信号控制功率放大电路中的全桥电路导通时序，将可调直流电源的输出转化为大电流交变脉冲经过阻抗匹配电路后驱动激励线圈。
[0023]对于本领域技术人员而言，然而本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0024]以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本实用新型技术方案的保护范围之内。
【主权项】
1.一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，包括激励线圈、1#电磁铁、2#电磁铁、试件材料、嵌入式系统、电磁铁驱动电路、显示屏、信号发生电路、功率放大电路、阻抗匹配电路和可调直流电源；其特征在于:所述激励线圈为漆包线绕制成跑道型结构；所述1#电磁铁和2#电磁铁为励磁磁铁，且电磁驱动电路与电磁铁连接；所述电磁铁驱动电路、可调直流电源、显示屏和信号发生电路均与嵌入式系统连接；所述信号发生电路连接功率放大电路，且功率放大电路连接阻抗匹配电路，且阻抗匹配电路连接激励线圈。2.根据权利要求1所述的一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，其特征在于:所述嵌入式系统为STM32芯片及其外围电路，通过I/O端口和PWM控制电磁铁驱动电路，通过I/O端口控制信号发生电路和调节直流电源输出电压，通过SPI接口控制显示屏。3.根据权利要求1所述的一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，其特征在于:所述电磁铁驱动电路包括带PWM调节的开关电源电路，电源输出可调直流电压用于驱动1#电磁铁和2#电磁铁。4.根据权利要求1所述的一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，其特征在于:所述显示屏包括IXD显示器及其驱动电路。5.根据权利要求1所述的一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，其特征在于:所述信号发生电路包括脉冲信号发生电路，用于产生脉冲信号。6.根据权利要求1所述的一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，其特征在于:所述功率放大电路包括光电隔离电路，吸收电路和全桥电路，对脉冲信号进行功率放大。7.根据权利要求1所述的一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，其特征在于:所述阻抗匹配电路包括激励线圈阻抗匹配电路，匹配后的脉冲电信号用于驱动激励线圈。8.根据权利要求1所述的一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，其特征在于:所述可调直流电源包括输出电压可调的直流电源。
【专利摘要】本实用新型公开了一种表面波和兰姆波双模电磁超声探头，包括激励线圈、1#电磁铁、2#电磁铁、试件材料、嵌入式系统、电磁铁驱动电路、显示屏、信号发生电路、功率放大电路、阻抗匹配电路和可调直流电源；其特征在于：所述激励线圈为漆包线绕制成跑道型结构；所述1#电磁铁和2#电磁铁为励磁磁铁，且电磁驱动电路与电磁铁连接；所述电磁铁驱动电路、可调直流电源、显示屏和信号发生电路均与嵌入式系统连接；所述信号发生电路连接功率放大电路，且功率放大电路连接阻抗匹配电路，且阻抗匹配电路连接探头激励线圈。该探头能够高效的产生电磁超声进行无损检测，并根据待测的试件厚度，方便的在产生表面波和兰姆波之间进行切换，对试件材料进行无损检测。
【IPC分类】G01N29/24
【公开号】CN204705619
【申请号】CN201520319792
【发明人】胡力
【申请人】吉首大学
【公开日】2015年10月14日
【申请日】2015年5月12日