一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波激励换能器的制作方法

技术特征：

1.一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波及激励换能器，其特征在于，包括连接器(1)、外壳顶盖(2)、外壳底座(7)、振动元件(5)、螺线管线圈(3)、永磁铁(8)、背衬单元(4)和匹配层(6)；

所述振动元件(5)为铽镝铁Terfenol-D，形状为刀型，刀柄部分(14)缠绕螺线管线圈(3)，刀部(15)与管道表面耦合，在长度方向上伸缩振动；换能器外壳顶盖(2)中装有连接器(1)，螺线管线圈(3)的两端与连接器(1)连接，外壳底座(7)中设有振动元件(5)、背衬单元(4)、永磁铁(8)和匹配层(6)；振动元件(5)与匹配层(6)采用环氧树脂胶粘结成一体；背衬单元(4)与振动元件(5)采用环氧树脂胶粘结成一体；螺线管线圈(3)密绕于振动元件(5)的刀柄部位(14)和背衬单元(4)之上，采用绝缘漆粘接及绝缘；永磁体(8)的一端固定于振动元件(5)的刀柄部的一端端面，永磁体(8)的另一端与外壳底座(7)连接；换能器内部有螺线管线圈(3)、振动元件(5)、外壳底座(7)、外壳顶盖(2)、永磁铁(8)和振动元件(5)形成的封闭磁回路。

2.根据权利要求1所述的一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波及激励换能器，其特征在于，所述振动元件(5)包括刀柄部分(14)用于缠绕线圈，刀部(15)与管道表面耦合，振动元件(5)在其长度方向上伸缩振动，宽度及厚度的尺寸应小于长度的1/4～1/8，振动元件(5)的长度尺寸根据检测频率由下式计算设计，

$f_0=\frac{1}{2l_T}\sqrt{\frac{E_T}{{\mathrm{\ρ}}_T}}---1)$

式1)中l_T为材料长度，f₀是谐振频率，E_T为材料弹性系数，ρ_T为材料密度。

3.根据权利要求1所述的一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波及激励换能器，其特征在于，所述背衬单元(4)为高衰减、低阻抗的背衬层，配方采用碳化硅、环氧树脂、聚硫橡胶按12∶6∶4～18∶6∶4的比例配置而成。

4.根据权利要求1或3所述的一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波及激励换能器，其特征在于，所述背衬单元(4)的长度和宽度尺寸与振动元件(5)的尺寸一致，背衬单元(4)的高度尺寸为4mm～7mm。

5.根据权利要求1所述的一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波及激励换能器，其特征在于，所述匹配层(6)的声阻抗在振动元件(5)和管道的声阻抗之间；所述匹配层(6)的厚度d₂根据下列公式设计计算，

$T=\frac{4Z_1{Z}_3}{{(Z_1+Z_3)}^2{\cos }^2\frac{2{\mathrm{\πd}}_2}{{\mathrm{\λ}}_2}+{(Z_2+\frac{Z_1{Z}_3}{Z_2})}^2{\sin }^2\frac{2{\mathrm{\πd}}_2}{{\mathrm{\λ}}_2}}---3)$

式3)中T为声强透射率，Z₁、Z₂和Z₃分别为铽镝铁、匹配层(6)和管道的声阻抗，λ₂为波在匹配层(6)中传播的波长，

${\mathrm{\λ}}_2=\frac{V_2}{f}---4)$

式4)中V₂为导波在匹配层(6)中传播的速度，f为检测的中心频率，检测的中心频率f等于振动元件的谐振频率f₀。

6.根据权利要求1所述的一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波及激励换能器，其特征在于，所述永磁铁(8)采用牌号为N52的厚度方向充磁的圆形钕铁硼。

7.根据权利要求1所述的一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波及激励换能器，其特征在于，所述螺线管线圈(3)采用漆包铜线，在背衬单元(4)与振动元件(5)的刀柄部位(14)上密绕而成，螺线管线圈(3)的直径范围在0.1mm～0.3mm，缠绕的匝数在50～240匝。

8.根据权利要求7所述的一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波及激励换能器，其特征在于，所述螺线管线圈(3)磁场强度的设计按照式5)设计，将磁场强度控制在曲线(16)的400～1200Oe范围内，使铽镝铁工作在应变的线性变化区，从而达到最大的应变量，

$H=\frac{NI}{2(R_2-R_1)}ln\frac{R_2+{({R_2}^2+L^2/4)}^{1/2}}{R_1+{({R_1}^2+L^2/4)}^{1/2}}---5)$

线圈的厚度，

R₂-R₁＝N·d/L 6)

式5)和6)中H为磁场强度，L为线圈长度，d为线圈的直径，R₁为线圈的内半径，R₂为线圈的外半径，N为线圈匝数，I为激励电流的有效值。

9.根据权利要求1所述的一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波及激励换能器，其特征在于，所述外壳顶盖(2)的底部开有矩形突台(13)，所述矩形突台(13)的中心开有第二圆形通槽(12)；所述外壳底座(7)顶部开有的矩形通槽(9)，矩形通槽(9)上开有第一圆形槽(10)；

所述矩形突台(13)安装在矩形通槽(9)里，第一圆形通槽(10)和第二圆形通槽(12)位置相对应，连接器(1)安装于第二圆形通槽(12)里，所述螺线管线圈(3)的两端通过第一圆形通槽(10)与连接器(1)连接。

10.根据权利要求1所述的一种用于管道表面耦合的超磁致伸缩导波及激励换能器，其特征在于，所述连接器(1)采用MCX连接器。