电磁超声金属板材探伤换能器的制作方法

本实用新型属于无损检测领域，涉及一种利用电磁耦合法激励和接收超声波的一体化便携式装置，尤其涉及一种电磁超声金属板材探伤换能器。

背景技术：

金属板材是工业生产中必不可少的原材料，航天工业、汽车制造、精密仪表等行业对金属板材质量要求较高，制造过程中的表面刮伤、孔洞和分层，或使用过程中的裂纹、腐蚀等缺陷需要在金属板材使用之前就被检测出来。无损检测技术为缺陷检测方式的一种，该方式利用物质的声、光、磁和电等特性，检测被检对象中是否存在缺陷或存在不均匀性问题，能够给出缺陷大小、位置、性质和数量等信息，在工业生产中提升了产品质量、保证了生产安全。

电磁超声是无损检测领域出现的新技术，该检测技术为非接触检测，不需要耦合剂；产生的波形形式多样，可以实现波形模式的选择，适合做表面缺陷检测、适合高温检测，检测速度快，声波传播距离远。因此，在工业应用中，超声探伤的应用已经扩展到高温、高速和在线检测等领域，是无损检测的发展前沿技术之一。作为电磁超声检测系统的核心部件，电磁超声换能器由被测金属板、线圈、磁铁三部分构成。在被测金属板表面放置高频电流激励下的线圈，该线圈激发出磁场并在被测试件中感应出涡流，涡流在静态磁场和动态磁场作用下承受洛伦兹力，该力继而作用于金属的结晶点阵上使晶体产生周期性振动，激发出超声波从而在金属试件表面产生超声波声场。磁铁可选择电磁铁和永磁铁，但电磁铁需要工作电源，不便于户外应用，设计选用无需外加工作电源的永磁铁，但常规永磁铁结构的换能器其磁场极性向外，使用时易吸附于铁磁性材料上，因此检测应用时不方便操作。影响检测精度，还会存在携带不便的问题。

技术实现要素：

实用新型目的：

为了解决传统电磁超声探伤探头操作和携带不便的问题，本实用新型提供了一种一体的磁铁结构活动式的用于电磁超声探伤的电磁超声金属板材探伤换能器，其方便携带，永磁铁活动式的结构一体化适于检测。

技术方案：

电磁超声金属板材探伤换能器，包括导磁外壳、把手、黄铜、方形永磁铁、转动手柄装置、PCB线路板和换能线圈，其特征在于：导磁外壳一侧中部设有容纳腔和外壳导线引出口，容纳腔的上端和下端皆开有黄铜安装槽，上和下两个黄铜安装槽位于竖直方向一条直线上，黄铜固定于黄铜安装槽内，方形永磁铁在容纳腔内，方形永磁铁的一侧连接有转动手柄装置，导磁外壳的上端面安装有把手，导磁外壳的下端面安装有PCB线路板，PCB线路板固定有换能线圈。

所述导磁外壳由第一导磁外壳和第二导磁外壳组成，第一导磁外壳和第二导磁外壳于上和下两个黄铜安装槽处为分体，两个黄铜安装槽在竖直方向一条直线上。

所述容纳腔内安装有保护内壳，保护内壳包括第一保护内壳和第二保护内壳，第一保护内壳和第二保护内壳分别安装于黄铜的两侧。

所述保护内壳的一端容纳腔安装有端盖，端盖端面设有拉环。

所述转动手柄装置包括夹具、转动杆和手柄，夹具夹持方形永磁铁，转动杆的一端与夹具相连接，转动杆的另一端的一侧连接有手柄。

所述PCB线路板两侧竖向连接有第一侧板和第二侧板，第一侧板和第二侧板各开有2个竖向长条状的安装槽，第一侧板或第二侧板还开有2个侧板导线引出口。

所述PCB线路板开有2个线路板导线引出口。

所述PCB线路板下端面安装有换能线圈，或上端面安装有换能线圈，或上下两个端面皆安装有换能线圈。

所述方形永磁铁转动轴向的四条侧边为圆弧过度。

所述第一导磁外壳和第二导磁外壳通过穿过黄铜安装槽的连接螺栓固定。

优点及效果：

本电磁超声金属板材探伤换能器的使用相对方便，超声波激发于金属试件内部，换能器无须接触试件表面；通过改变换能器的组成和结构，即更换可拆卸的PCB线路板及其固定结构，便可激发出各种不同类型的超声波，从而能够检测不同类型的金属板材。

使用场合更广泛，声源位于金属待测板的内部，检测效果受金属板表面平整性和光滑性等外部条件影响很小，检测效率较高；同时，受温度条件影响很小，对环境条件的适应性强，可应用于高低温等极端的检测环境。

圆柱形磁铁的磁极方向取决于其被磁化即充磁时的充磁方向，一般来说，实心圆柱磁铁的两个端面分别为N极和S极，这种情况它的磁力线分布是从N极一面通过外围空间指向S极一面，且端面的边缘部位磁场最强，圆心部位磁场较弱；离磁铁越近的空间磁场越强，离磁铁越远的空间磁场越弱。而方形磁铁六个面都有磁极，磁场线从N极到S极形成闭合磁路，磁场较强，产生吸力较大，所以方形磁铁具有更好的效果，磁铁轴向边倒角设计，磁场过渡更平滑。

有固定把手结构，从而更加方便地提拿换能器；有旋转手柄结构，方便磁铁的旋转。满足便携换能器的设计意义。

附图说明

图1为电磁超声金属板材探伤换能器整体示意图；

图2为电磁超声金属板材探伤换能器整体拆分示意图；

图3为电磁超声金属板材探伤换能器导磁外壳内部结构剖面图；

图4为超声波激发过程示意图；

图5为工作过程图。

所述标注为：1.第一导磁外壳、2.第二导磁外壳、3.把手、4.黄铜、5.方形永磁铁、6.PCB线路板、7.换能线圈、8.容纳腔、9.黄铜安装槽、10.第一保护内壳、11.第二保护内壳、12.端盖、13.拉环、14.夹具、15.转动杆、16.手柄、17.第一侧板、18.第二侧板、19.安装槽、20.侧板导线引出口、21.外壳导线引出口、22.线路板导线引出口、23.连接螺栓、24.被测试件。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示的一种电磁超声金属板材探伤换能器，包括导磁外壳、把手3、黄铜4、方形永磁铁5、转动手柄装置、PCB线路板6和换能线圈7，其特征在于：导磁外壳一侧中部设有容纳腔8和外壳导线引出口21，容纳腔8的上端和下端皆开有黄铜安装槽9，上和下两个黄铜安装槽9位于竖直方向一条直线上，导磁外壳由第一导磁外壳1和第二导磁外壳2组成，第一导磁外壳1和第二导磁外壳2于上和下两个黄铜安装槽9处为分体，两个黄铜安装槽9在竖直方向一条直线上。第一导磁外壳1和第二导磁外壳2通过穿过黄铜安装槽9的连接螺栓23固定在一起。分体的外壳便于安装内部构件，对黄铜4的固定更牢固。容纳腔8内安装有保护内壳，保护内壳包括第一保护内壳10和第二保护内壳11，可保护磁铁免受外力损坏。黄铜4固定于黄铜安装槽9内，方形永磁铁5在容纳腔8内的保护内壳内，方形永磁铁5转动轴向的四条侧边为圆弧过度，第一保护内壳10和第二保护内壳11分别安装于黄铜4的两侧。保护内壳的一端容纳腔8内安装有端盖12，端盖12端面设有拉环13。方形永磁铁5的一侧连接有转动手柄装置，转动手柄装置包括夹具14、转动杆15和手柄16，夹具14夹持方形永磁铁5，转动杆15的一端与夹具14相连接，转动杆15的另一端的一侧连接有手柄16。导磁外壳的上端面安装有把手3，导磁外壳的下端面安装有PCB线路板6，PCB线路板6固定有换能线圈7。PCB线路板6两侧竖向连接有第一侧板17和第二侧板18，第一侧板17和第二侧板18各开有2个竖向长条状的安装槽19，可通过安装槽19调节PCB线路板6高度。第一侧板17或第二侧板18还开有2个侧板导线引出口20，PCB线路板6开有2个线路板导线引出口22。PCB线路板6下端面安装有换能线圈7，线圈7引出的导线穿过线路板导线引出口22、外壳导线引出口21和侧板导线引出口20与电源相连。

本实用新型工作原理：

电磁超声金属板材探伤换能器为一体化结构，不与被测金属板直接相连，通过转动手柄接通、断开磁力来检测金属板表面缺陷。

超声波激发过程如图4所示，将通有高频交变电流的激励线圈放置在被测试件表面，会在被测试件中感生出一个交变电磁场，进而在被测试件表面感生出与激励电流频率相同但方向相反的电涡流,根据法拉第电磁感应定律,被测试件中的带电粒子在永磁体施加的偏置磁场中受到洛伦兹力，由左手定则判断其方向，被测试件表面的质点受到力的作用发生高频周期性振动，并传递到周围的质点，进而发生微小的弹性形变，具有速度和位移的弹性振动以波的形式在被测试件内部传播，激发出与交变电流的频率相同的超声波。

如图5所示，此换能器工作过程为：信号发生电路产生高频脉冲信号，作为激励信号，驱动经过功率放大电路，放大后经过阻抗匹配电路，施加到发射换能器的线圈上，通有高频交变电流的线圈在金属板材表面产生电涡流，电涡流与永磁体提供的偏置磁场共同作用，在金属板材内部产生超声波，在板材中传播被接收换能器接收，接收线圈必须对微弱的超声波信号敏感，耦合产生极小的电压，此电压信号经过前置放大电路进行一级放大，再经过滤波电路滤波，最后在示波器显示出检测信号，将结果导出进行数据处理和分析。

主要功能：

电磁超声换能器可以将输入的电功率转换成机械功率再传播出去，自身消耗能量较少，此换能器可用于金属板材的缺陷检测，包括非铁磁性材料和铁磁性材料，不同的被测试件对换能器参数要求也不同，此便携式换能器的磁铁和线圈组合形式可以随时进行更改，用于对不同材料不同缺陷的检测。

为了方便检测金属板材中是否存在缺陷或不均匀性，并且迅速给出缺陷大小、位置、性质和数量等信息，针对实际检测中出现的主要问题进行解决，一是使换能器设计方便携带；二是使换能器结构一体化适于检测，从而有效改进换能器制造工艺，实现金属板材缺陷的快速便捷检测。

分体设计方便拆卸更换内部磁铁，不同形状的磁铁与线圈组合用于不同类型的探伤。固定把手使强磁力座提拿更加方便；保护内壳的作用为防震保护磁铁、减慢磁铁劳损速度增加寿命；黄铜是不导磁材料，在不使用时，由于黄铜的不导磁性，磁铁和铸铁外壳间形成左右两个闭合磁路，不产生吸力，使用时，旋转磁铁，磁铁和铸铁外壳形成一个闭合磁路，产生吸力可以吸附待测物体。

铸铁外壳与双头螺柱使换能器结构更加牢固，其原材料更加环保，换能器的携带和使用更加便捷。倒圆角方形磁铁具备优秀的防刮蹭结构，旋转方形永磁铁时，可使得磁场平滑过度。

以上内容是结合优选技术方案对本实用新型所做的详细说明，不能认定实用新型的具体实施仅限于这些，对于在不脱离本实用新型思想前提下做出的简单推演及替换，都应当视为本实用新型的保护范围。