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西安東瑞科教實(shí)驗(yàn)儀器有限公司

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超聲波壁厚測(cè)厚儀傳感器介紹

2015-4-21　閱讀(2209)

一、技術(shù)領(lǐng)域本實(shí)用新型屬于超聲無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于測(cè)量譬如鋼管等試件的壁厚的電磁超聲傳感器。隨著用戶對(duì)無(wú)縫鋼管等產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，生產(chǎn)過程中對(duì)鋼管等進(jìn)行連續(xù)壁厚測(cè)量的要求越來(lái)越迫切，需要一種非接觸的壁厚測(cè)量技術(shù)。另一方面，為保障承壓設(shè)備的可靠運(yùn)行，其在役測(cè)厚需求也越來(lái)越多，需要一種適用于高溫的測(cè)厚技術(shù)。作為一種滿足上述需求的方法，電磁超聲測(cè)厚在實(shí)踐運(yùn)用中越來(lái)越受到重視。電磁超聲傳感器是一種在金屬上產(chǎn)生和接收超聲波的裝置，作為電磁超聲測(cè)厚中的傳感元件，負(fù)責(zé)電信號(hào)和超聲信號(hào)的轉(zhuǎn)換，其性能對(duì)測(cè)量有直接影響。電磁超聲傳感器主要由線圈和*磁鐵或電磁鐵兩個(gè)主要部分構(gòu)成。*磁鐵或電磁鐵在金屬內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的偏置磁場(chǎng)，通以高頻電流的激勵(lì)線圈會(huì)在試件內(nèi)部產(chǎn)生與電流同頻的渦流。金屬中運(yùn)動(dòng)的帶電粒子將受到洛倫茲力F作用：F-J×B其中J為電渦流密度，B為偏置磁場(chǎng)強(qiáng)度。在帶電粒子和原子的相互作用下，在金屬內(nèi)部產(chǎn)生超聲波。當(dāng)超聲波傳播到電磁超聲傳感器的傳感區(qū)域時(shí)，由于偏置磁場(chǎng)的作用，振動(dòng)會(huì)在試件中產(chǎn)生渦流。接收線圈感應(yīng)到渦流產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化，進(jìn)而輸出與超聲波對(duì)應(yīng)的電信號(hào)。二、元器件特點(diǎn)1、線圈作為電磁超聲傳感器的敏感元件，其設(shè)計(jì)直接影響電磁超聲傳感器的性能。激勵(lì)線圈和接收線圈都應(yīng)盡可能地靠近被測(cè)試件，遠(yuǎn)離試件會(huì)減弱線圈在試件中產(chǎn)生和接收渦流的能力。激勵(lì)線圈的設(shè)計(jì)應(yīng)能與試件形成的耦合，并能承受高功率，以在試件中產(chǎn)生高能量的超聲波。接收線圈的設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)磁場(chǎng)變化十分敏感，以便于感應(yīng)微弱的信號(hào)。兩者的設(shè)計(jì)要求是有區(qū)別的。2、一種電磁超聲傳感器設(shè)計(jì)是采用單線圈，其特征在于線圈既用于激勵(lì)又用于接收。由于復(fù)用線圈，因此兩個(gè)線圈與試件的距離均可以降到zui低，但是線圈需要同時(shí)兼顧激勵(lì)和接收的要求，性能不能達(dá)到*。同時(shí)單線圈電磁超聲傳感器需要配合使用雙工電路，阻止激勵(lì)脈沖損壞接收電路。但雙工電路會(huì)衰減接收信號(hào)，并限制信號(hào)帶寬。此外雙工電路還易引發(fā)振蕩，增大測(cè)量盲區(qū)。3、為規(guī)避這些問題，另一種設(shè)計(jì)是采用獨(dú)立的激勵(lì)線圈和接收線圈的雙線圈設(shè)計(jì)。其采用分開的激勵(lì)線圈和接收線圈設(shè)計(jì)降低電磁超聲傳感器的盲區(qū)，但該為減小兩個(gè)線圈之間的耦合而設(shè)計(jì)的屏蔽會(huì)削弱接收線圈檢測(cè)超聲波的能力，同時(shí)該沒有涉及到激勵(lì)線圈和接收線圈設(shè)計(jì)中的區(qū)別。其使用雙線并繞的方法制成幾何尺寸和匝數(shù)均一致的激勵(lì)和接收線圈，使兩線圈距離試件的距離一致，但對(duì)于同樣的線徑和線圈尺寸，該的激勵(lì)線圈和接收線圈匝數(shù)均只有單線圈傳感器的一半，進(jìn)而導(dǎo)致激勵(lì)和接收效率大幅下降。此外，傳感器的激勵(lì)和接收線圈分別制作在0. 5mm厚印制電路板的兩面，接收線圈一面靠近被測(cè)試件，兩個(gè)線圈匝數(shù)不同但直徑一致，但該設(shè)備使用的是沒有鐵芯的脈沖電磁鐵，需要配合脈沖電源使用，增加了使用復(fù)雜度，同時(shí)其線圈設(shè)計(jì)在使用*磁鐵磁化時(shí)效果較差。4、作為進(jìn)一步優(yōu)選地，所述上殼體由導(dǎo)電性金屬制成并與所述接頭的導(dǎo)電外殼接觸相連，由此與該接頭連接至所述接收平面線圈的端子相連，該端子通過電纜與測(cè)厚儀的電路地連接。通過將上殼體的材料限定為導(dǎo)電性金屬并使其連接測(cè)厚儀的電路地的設(shè)定，能夠有效屏蔽外界電磁環(huán)境對(duì)接收平面線圈的干擾，減小信號(hào)中的噪聲。5、通過對(duì)容納平面線圈的階梯孔各級(jí)深度的進(jìn)一步限定，可以使平面線圈更為*地貼合所處的階梯孔，由此能夠有效地避免線圈在階梯孔中的移動(dòng)或變形，進(jìn)而避免由此產(chǎn)生的耦合效率的下降。按照本實(shí)用新型的電磁超聲傳感器，通過將傳感器使用雙線圈設(shè)計(jì)并對(duì)其設(shè)置方式等方面進(jìn)行改進(jìn)，使得傳感器具有高激勵(lì)效率、高接收靈敏度和高信噪比，同時(shí)能夠抑制激勵(lì)時(shí)的干擾脈沖，有效降低傳感器的測(cè)量盲區(qū)。

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