电磁声学传感器制造技术

电磁声学传感器(4)包括由一个或多个永磁体(10)围绕的通量导向件(8)，该一个或多个永磁体(10)与通量导向件(8)的侧面邻接。磁场从永磁体(10)进入通量导向件(8)，其中，磁场之间的排斥将磁场的至少一部分朝着对接检测对象(2)的检测面引导。在检测面处的通量密度大于源头永磁体(10)内的通量密度。被布置在通量导向件(8)和检测对象之间的线圈(12)的有效部分包括导体，该导体是大致平直的、平行的且在相同方向上载送电流以在检测对象内激励出大致波形纯粹的和单一方向上极化的剪切波。

Electromagnetic acoustic sensor

An electromagnetic acoustic sensor (4) includes a flux guide (8) surrounded by one or more permanent magnets (10), adjacent to the side of the flux guide (8), one or more of the permanent magnets (10). The magnetic field enters the flux guide (8) from the permanent magnet (10), wherein the repulsion between the magnetic fields guides at least a portion of the magnetic field toward the detection surface of the docking detection object (2). The flux density at the detection surface is greater than the flux density at the source permanent magnet (10). Are arranged in a flux guide (8) between the coil and the object detection (12) the effective part comprises a conductor, the conductor is generally straight, parallel and in the same direction carried current to excite the waveform approximately pure and single direction of polarization of shear wave in the detection of objects.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁声学传感器
本公开涉及电磁声学传感器的领域。
技术介绍
传统的超声检测需要在传感器和检测结构之间使用耦合液体。电磁声学传感器(EMAT)由于不需要在传感器和检测对象之间的耦合液体或者甚至直接接触，因此受欢迎。这种特性例如在需要穿过侵蚀保护层(例如涂料)检测时进行侵蚀监控的情形下是有益的。然而，EMAT的这些优势伴随有EMAT通常具有较低灵敏度的缺点。为了解决该较低灵敏度的问题，一种方法是在EMAT内使用高功率激励信号和高功率激励电压。然而，该方法在一些装置中由于安全原因是不可行的。
技术实现思路
根据本公开的一个方面，提供了一种用于激励出检测对象内的超声波振动的电磁声学传感器，所述电磁声学传感器包括：至少一个磁体，其被构造为产生磁场；通量导向件，其具有放置为贴靠所述检测对象的检测面，所述通量导向件被成形为接收来自所述至少一个磁体的所述磁场并且引导所述磁场使得所述通量导向件内的磁场线之间的排斥将所述磁场的至少一部分朝着所述检测面引导；和电线圈，所述电线圈的至少有效部分被布置为覆盖所述检测面，其中所述电线圈的在所述有效部分内的导体是大致平行的、平直的且在相同方向上载送电流。本公开认识到，如果增加在检测面处的通量密度，则可以提高电磁声学传感器的灵敏度；在一些实施例中，在检测面处的通量密度可以比(一个或多个)磁体的通量密度的两倍更大。传统的永磁体在其能够单独地产生的通量密度方面受到限制。本公开认识到，使用合适形状的通量导向件接收来自一个或多个磁体的磁场能够导致在检测面处的通量密度的放大，这是因为磁场线之间的排斥将磁场朝着检测面引导。使用电线圈实现通过传感器对声波的激励，该电线圈具有被布置为覆盖检测面的至少一部分。线圈的在线圈的检测面和检测对象之间的有效部分内的导体是大致平行的、平直的且在相同方向上载送电流。这可以产生单极性超声波(例如，在一个方向上极化的剪切波)。这提高波形纯度。改善的波形纯度(例如，被激励的单一波形)可以更直接地处理和解释返回信号(例如，避免模糊和分辨率的降低，这是由在相同时间接收的与不同波形(例如，纵向波波形和剪切波波形)相应的接收重叠信号造成的)。已经发现提供良好性能(例如，灵敏度)的示例性实施例是，电线圈是蝴蝶形线圈，该蝴蝶形线圈包括在相反方向上卷绕的两个相邻的螺旋形线圈。这种蝴蝶形线圈可以合适地位于通量导向件和检测对象之间，使得蝴蝶形线圈在相邻螺旋形线圈之间的中间部分直接被布置在检测面和检测对象之间。这可以允许产生具有较高波形纯度的超声波。通量导向件相对于(一个或多个)磁体的尺寸对于提供强磁场和紧凑传感器是重要的。检测面具有的尺寸使得将检测面在与通过检测面的磁场的平均方向垂直的平面中的投影完全容纳的圆的最小半径是Ra。(一个或多个)磁体具有的尺寸使得将该(一个或多个)磁体在上述平面中的投影完全容纳的圆的最小半径是Rb；并且Ra/Rb在0.2到0.8的范围中，或在一些实施例中Ra/Rb在0.45到0.55的范围中。Ra的数值可以合适地在2.5mm到25mm的范围中或在相同实施例中Ra在5mm到10mm的范围中。通量导向件与上述平面垂直的高度H可以在0.2Ra到10Ra的范围中。当H在Ra到4Ra的范围中或在5mm到50mm的范围中时可以实现良好的性能和紧凑的尺寸。存在多种不同可行的几何形状以用于至少一个磁体和通量导向件。在一些示例性实施例中，至少一个磁体具有靠近通量导向件的一个或多个磁体面并且磁场在不与检测面垂直的相应方向上通过一个或多个磁体面和通量导向件之间，可以实现在检测面处的磁通量密度放大为期望的程度。这种布置有利于磁场在检测面周围集中。在一些示例性实施例中，磁体面的法线的方向可以在与检测面的法线成90度到15度的范围内。这种角度的范围提供在磁通量密度方面有效放大的几何形状。在该放大较大的其他示例性实施例中，磁场从磁体传到通量导向件所沿的方向可以在与检测面的法线成90度到30度的范围内。在通量密度方面的有益放大并且平衡紧凑形式的另外示例性实施例是，磁场线进入通量导向件的方向与检测面的法线大致垂直。应当领会，通量导向件可以具有各种不同的形式。通量导向件可以具有圆柱的形状并且磁体形成为围绕该圆柱的环形的单个磁体。在其他实施例中，通量导向件具有棱柱或截头锥体的形状并且检测面是棱柱或截头锥体的多边形基底面。通量导向件不限于直棱柱的形状，还可以是斜棱柱、棱锥和截头锥体；示例的范围从直三角柱和斜三角柱，包含正方锥或多棱锥，到无限接近截头圆锥的多边形截头锥体。在一些实施例中，通量导向件的基底面可以具有N个边，其中，N在4到8的范围中。利用这种布置，可以将至少一个磁体合适地提供为具有相应极面的多个磁体并且将棱柱或棱锥提供为具有连接检测面的多个侧面，并且磁体的至少一些极面对接棱柱或棱锥的至少一些侧面。磁体的相同极性的极可以邻接棱柱或棱锥的所有侧面。当多个侧面的每一者被一个极面相邻接时，可以实现检测面处的增加的通量密度。当棱柱是直棱柱时，可以提高传感器的几何形状和成形以提供规则的场。尽管应当理解，多边形面可以具有各种不同的规则和不规则的多边形的形式，但是在性能和复杂性之间提供良好平衡的一些示例性实施例是检测面是等边的并且棱柱是立方体的实施例。当检测面是正方形时可以提高对称性和规则度。在电线圈占据的总区域被包含在电磁声学传感器垂直地投影在检测对象上所占据的总横截面区域中的示例性实施例中，可以实现整个传感器的合适封装，其能够使实现传感器的简化的布置和固定。以该方式，线圈投影不超出传感器并且可以被保护以及保持在传感器主体本身内。在一些实例性实施例中，可以通过提供被布置在电线圈和检测对象之间的电容式屏蔽件，来提高传感器对噪音的鲁棒性和/或性能。这种电容式屏蔽件可以至少部分地用于阻止电场，并且使在发送时来自线圈和在接收时来自涡电流的几乎所有动态磁场通过。以该方式，期望的磁场可以被通过并且用于在线圈中激励出期望电压和期望的超声波振动，而减弱可能将噪音引入系统的电场。电容式屏蔽件可以形成为其中具有一个或多个切口的导电板，将这些切口定位为减少由电线圈在导电板中感生的涡电流。电线圈的形式将控制任何感生的涡电流的方向以及可以将切口相对于电线圈定位以抑制在导电板中产生涡电流。在一些示例性实施例中，电容式屏蔽件还可以用作磨损板以在严酷配置环境中保护电线圈。在至少一些示例性实施例中，通过通量导向件/(一个或多个)磁体和检测对象之间的磁吸引、允许贴附到非平面检测对象的弹性夹紧结构和环绕检测对象(为管道)的夹紧装置中的一者或多者，将电磁声学传感器保持到检测对象。实际上，根据本技术的电磁声学传感器之间的强磁吸引和合适的检测对象显著地简化了传感器到检测对象的固定并且帮助抵抗抬离，从而可以抵抗会导致检测面不再紧密接触检测对象的、传感器的移位。围绕通量导向件和(一个或多个)磁体的壳体可以对磁通量是“可穿透的”，例如，具有小于2μ0的导磁率，其中μ0是自由空间的导磁率。根据本公开的另外方面，提供一种用于激励出检测对象内的超声波振动的电磁声学传感器，所述电磁声学传感器包括：至少一个磁体，其被构造为产生磁场；和通量导向件，其具有放置为贴靠所述检测对象的检测面，所述通量导向件被成形为接收来自所述至少一个磁体的所述磁场并且引导所述磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于激励出检测对象内的超声波振动的电磁声学传感器，所述电磁声学传感器包括：至少一个磁体，其被构造为产生磁场；通量导向件，其具有放置为贴靠所述检测对象的检测面，所述通量导向件被成形为接收来自所述至少一个磁体的所述磁场并且引导所述磁场使得所述通量导向件内的磁场线之间的排斥将所述磁场的至少一部分朝着所述检测面引导；和电线圈，所述电线圈的至少有效部分被布置为覆盖所述检测面，其中所述电线圈的在所述有效部分内的导体是大致平行的、平直的且在相同方向上载送电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.29 GB 1419219.9;2015.04.30 GB 1507388.51.一种用于激励出检测对象内的超声波振动的电磁声学传感器，所述电磁声学传感器包括：至少一个磁体，其被构造为产生磁场；通量导向件，其具有放置为贴靠所述检测对象的检测面，所述通量导向件被成形为接收来自所述至少一个磁体的所述磁场并且引导所述磁场使得所述通量导向件内的磁场线之间的排斥将所述磁场的至少一部分朝着所述检测面引导；和电线圈，所述电线圈的至少有效部分被布置为覆盖所述检测面，其中所述电线圈的在所述有效部分内的导体是大致平行的、平直的且在相同方向上载送电流。2.根据权利要求1所述的电磁声学传感器，其中，所述电线圈是蝴蝶形线圈，所述蝴蝶形线圈包括在相反方向上卷绕的两个相邻的螺旋形线圈。3.根据权利要求2所述的电磁声学传感器，其中，所述蝴蝶形线圈在所述相邻的螺旋形线圈之间的中间部分是所述有效部分并且被布置在所述检测面和所述检测对象之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的电磁声学传感器，其中所述检测面具有的尺寸使得将所述检测面在与通过所述检测面的磁场的平均方向垂直的平面中的投影完全容纳的圆的最小半径是Ra。5.根据权利要求4所述的电磁声学传感器，其中所述至少一个磁体具有的尺寸使得将所述至少一个磁体在所述平面中的投影完全容纳的圆的最小半径是Rb；并且Ra/Rb在0.2到0.8的范围中。6.根据权利要求4所述的电磁声学传感器，其中，Ra/Rb在0.45到0.55的范围中。7.根据权利要求4至6中任一项所述的电磁声学传感器，其中，Ra在2.5mm到25mm的范围中。8.根据权利要求7所述的电磁声学传感器，其中，Ra在5mm到10mm的范围中。9.根据权利要求4至8中任一项所述的电磁声学传感器，其中，所述通量导向件具有与所述平面垂直的高度H并且H在0.2Ra到10Ra的范围中或者在Ra到4Ra的范围中。10.根据权利要求9所述的电磁声学传感器，其中，H在5mm到50mm的范围中。11.根据前述权利要求中任一项所述的电磁声学传感器，其中，所述至少一个磁体具有靠近所述通量导向件的一个或多个磁体面并...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗雷德里克·伯特·赛格拉，胡里奥·阿古斯丁·伊斯拉·加西亚，
申请(专利权)人：永感有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB