本实用新型专利技术属于无损检测技术领域，尤其是一种管道检测复合振子结构导波激励换能器，针对现有技术中存在磁致伸缩换能器的输出振子幅值低，与管道任意表面的耦合程度较低，结构较大，且换能器磁致伸缩材料与管道长期接触容易造成线圈漏电以及在外力作用下容易断裂，降低换能器使用寿命的问题，现提出如下方案，其包括换能器，换能器包括连接器、外壳顶盖、外壳底座、振子元件、弹性基底、螺线管线圈、永磁铁、背衬单元，由于本实用新型专利技术振子元件与弹性基底组成的特殊复合结构，能实现换能器在管道任意表面检测，同时也避免了现有磁致伸缩换能器振子材料直接与管道接触造成换能器的损耗和失效，延长了使用寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种管道检测复合振子结构导波激励换能器
本技术涉及无损检测
，尤其涉及一种管道检测复合振子结构导波激励换能器。
技术介绍
管道运输是一种重要的输送方式，尤其是在石油、化工、天然气、城市供水等方面发挥着不可替代的作用，然而由磨损、腐蚀、意外伤害引起的管道损伤导致的管道泄漏时有发生，给国家和人民的财产及安全带来极大的危害，且会严重污染环境、影响生态。为了减少甚至避免此类危害的发生，工业管道安全检测尤为重要。目前，管道无损检测的常规方法主要有：超声、射线、磁粉、涡流和渗透技术，但这些技术都必须逐点检测，检测速度慢，不能适用于长距离的工业管道检测。为了解决这些问题，超声导波技术应运而生，超声导波技术很大程度上克服此类缺点，它具有沿传播路径衰减小，传播距离远的特点，并且接收到的信号携带从激励点到接收点的管道整体的信息，能够在线检测长距离、充液和带有包覆层的管道，在长距离工业管道的在线检测方面优势明显，是一种很有研究价值且值得推广的无损检测技术。现有的发射换能器有几种，最早应用的磁致伸缩材料通常是叠式镍片制成的换能器，它的效率低，成本高。自60年代以来，压电陶瓷材料制成的压电式换能器一直是最通用的换能器，它比镍片制成的换能器的效率有了很大的提高，在一般情况下能满足工程使用要求。但由于受到压电陶瓷本身性能的限制，驱动力不够高，激励的能量较小，能量转换效率较低，信噪比较低。20世纪70年代，美国A.E.Clark发现了稀土合金，具有超磁致伸缩效应，该合金由磁致伸缩效应引起的最大应变比传统的水声换能器使用的压电陶瓷大6-20倍，能量密度约为压电陶瓷的10-20倍，而声速只有压电陶瓷的2/3-3/4。因此，在相同体积的条件下，超磁致伸缩水声换能器的共振频率比压电陶瓷水声换能器的共振频率低2/3-3/4。由于利用稀土超磁致伸缩材料制造的换能器具有发射功率大、体积小、重量轻的特点，使其在研制低频大功率水声换能器等方面得到了足够的重视和应用。80年代，美国等发达国家已经研制出各种稀土换能器，并应用于军事领域。瑞典已成功研制了扫雷用的声功率达151KW的弯张稀土换能器。专利文献CN2458091Y公开了一种磁致伸缩超声换能器，磁致伸缩材料在受到偏置磁场和激励线圈的作用下产生振子，该振子通过变幅杆传递出去。该换能器振子由磁致伸缩材料产生，但产生的振子间接通过变幅杆传递，因此变幅杆的振子输出只占磁致伸缩材料振子的一部分，换能器的能量损耗大，效率低。专利文献CN105954362A公开了一种用于快速检测的超声导波发生器，磁路体采用稀土超磁致伸缩材料制成，其上端抵靠在永磁体下端端面，其上端穿过窗口下侧边抵靠在被检管道的端面。该发生器仅局限于管道端面的检测，无法实现在管道任意表面检测，这极大的限制了其应用，无法在实际检测工作中使用。专利文献CN1276272C，公开了一种稀土超磁致伸缩多功能测井声波发射震源。该振源是一种采用磁致伸缩材料驱动的换能器，它具有作为发声板的两个半圆形棒，中间夹持一个磁致伸缩元件，通过螺钉将两个半圆形的棒组合在一起，夹紧中间沿棒径向放置的磁致伸缩元件，形成圆柱状结构。当通过驱动线圈对磁致伸缩元件施加驱动磁场时，磁致伸缩材料产生形变，使夹持磁致伸缩元件的半圆形棒发声板产生弯张变形，发出声波。该发生器输出的振幅小，且没有设计吸波材料消除余震，亦没有设计匹配层以增强换能器的声强透射率。
技术实现思路
本技术的目的是为了解决现有技术中存在磁致伸缩换能器的输出振子幅值低，与管道任意表面的耦合程度较低，结构较大，且换能器磁致伸缩材料与管道长期接触容易造成线圈漏电以及在外力作用下容易断裂，降低换能器使用寿命缺点，而提出的一种管道检测复合振子结构导波激励换能器。为了实现上述目的，本技术采用了如下技术方案：一种管道检测复合振子结构导波激励换能器，包括换能器，所述换能器包括连接器、外壳顶盖、外壳底座、振子元件、弹性基底、螺线管线圈、永磁铁、背衬单元；所述振子元件为铽镝铁Terfenol-D，形状为长方体，外部缠绕螺线管线圈，弹性基底与振子元件环氧树脂胶粘结成一体，形成上-下复合结构型，弹性基底底部表面与管道表面耦合，通过振子元件振子传递，在长度方向上伸缩振子；换能器外壳顶盖中装有连接器，螺线管线圈的两端与连接器连接，外壳底座中设有振子元件、弹性基底、背衬单元、永磁铁；振子元件与背衬层采用环氧树脂胶粘结成一体；螺线管线圈密绕于振子元件之上，采用绝缘漆粘接及绝缘；永磁铁对称置于振子元件的长度方向两端，永磁铁的一端固定于振子元件的一端端面，永磁铁的另一端与外壳底座连接；换能器内部有螺线管线圈、弹性基底、外壳底座、外壳顶盖、永磁铁和振子元件形成的封闭磁回路。上述方案中，所述振子元件包括未粘结弹性基底部分用于缠绕线圈，所述振子元件与弹性基底连接，弹性基底底面用于与管道表面耦合传递振子，振子元件在其长度方向上伸缩振子，并通过连接约束将振子传递至弹性基底，振子元件宽度及厚度的尺寸应小于长度的1/4～1/8，振子元件的长度尺寸根据检测频率由下式计算设计，式1)中lT为材料长度，f0是谐振频率，ET为材料弹性系数，ρT为材料密度。上述方案中，所述螺线管线圈采用漆包铜线，在背衬单元与振子元件(4)上密绕而成，螺线管线圈的直径范围在0.1mm～0.3mm，缠绕的层数在50～200匝。上述方案中，所述螺线管线圈线圈占空比例的设计按照以下公式设计，将线圈占空比例控制在6.3％～25％范围内，使换能器磁通量的泄漏变小，磁场强度和磁场均匀性增大，从而达到最大的应变量，式3)中，ST表示磁致伸缩材料横截面积，SC表示交变线圈横截面积，γ表示线圈占空比例。上述方案中，所述外壳顶盖的底部开有矩形突台，所述矩形突台的中心开有第二圆形通槽；所述外壳底座顶部开有的矩形通槽，矩形通槽上开有第一圆形槽；所述矩形突台安装在矩形通槽里，第一圆形通槽和第二圆形通槽位置相对应，连接器安装于第二圆形通槽里，所述螺线管线圈的两端通过第一圆形通槽与连接器连接。上述方案中，所述连接器采用MCX连接器。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1.由于本技术振子元件与弹性基底组成的特殊复合结构，能实现换能器在管道任意表面检测，同时也避免了现有磁致伸缩换能器振子材料直接与管道接触造成换能器的损耗和失效，延长了使用寿命。2.由于本技术弹性基底的特殊结构，提高了换能器与管道表面的耦合程度与稳定性，避免了现有刀型磁致伸缩换能器振子结构的不对称性易发生倾倒，降低管道表面的耦合程度。3.换能器内部设计有背衬单元，是按一定配方调配的背衬吸波材料，能有效吸收振子元件与弹性基底组成的复合结构厚度方向上的振子，提高信号的信噪比。4.所述磁回路由螺线管线圈-振子元件-弹性基底外-壳底座-外壳顶盖-永磁铁-振子元件，形成封闭的磁回路，防止磁场的泄露。5.所述连接器采用MCX连接器，有利于探头尺寸缩小，采用的是推入式连接方式，使得连本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种管道检测复合振子结构导波激励换能器，包括换能器，其特征在于，所述换能器包括连接器(1)、外壳顶盖(2)、外壳底座(3)、振子元件(4)、弹性基底(5)、螺线管线圈(6)、永磁铁(7)、背衬单元(8)；/n所述振子元件(4)与弹性基底(5)构成了复合结构；/n所述振子元件(4)为铽镝铁Terfenol-D，形状为长方体型；/n所述弹性基底(5)为铍青铜，形状为长方体，厚度为0.8mm，长度为10mm，且与振子元件(4)采用环氧树脂粘结、烘烤成一体，弹性基底(5)底部与管道表面耦合；/n所述背衬单元(8)的高度尺寸为1mm～3mm；螺线管线圈(6)绕于振子元件(4)之上，采用绝缘漆粘接及绝缘，螺线管线圈(6)的直径范围在0.1mm～0.3mm，缠绕的层数在50～200匝；/n所述永磁铁(7)对称置于振子元件(4)的两侧，永磁铁(7)的一端固定于振子元件(4)的端面，另一端与外壳底座(3)连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种管道检测复合振子结构导波激励换能器，包括换能器，其特征在于，所述换能器包括连接器(1)、外壳顶盖(2)、外壳底座(3)、振子元件(4)、弹性基底(5)、螺线管线圈(6)、永磁铁(7)、背衬单元(8)；
所述振子元件(4)与弹性基底(5)构成了复合结构；
所述振子元件(4)为铽镝铁Terfenol-D，形状为长方体型；
所述弹性基底(5)为铍青铜，形状为长方体，厚度为0.8mm，长度为10mm，且与振子元件(4)采用环氧树脂粘结、烘烤成一体，弹性基底(5)底部与管道表面耦合；
所述背衬单元(8)的高度尺寸为1mm～3mm；螺线管线圈(6)绕于振子元件(4)之上，采用绝缘漆粘接及绝缘，螺线管线圈(6)的直径范围在0.1mm～0.3mm，缠绕的层数在50～200匝；
所述永磁铁(7)对称置于振子元件(4)的两侧，永磁铁(7)的一端固定于振子元件(4)的端面，另一端与外壳底座(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种管道检测复合振子结构导波激励换...
【专利技术属性】
技术研发人员：姜银方，胡华健，童炳祥，郭永强，
申请(专利权)人：南京江淳机电装备科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32
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