磁致伸縮導波傳感器的製作方法
2023-04-28 12:10:06
專利名稱：磁致伸縮導波傳感器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種導波傳感器，尤其是涉及應用於高溫管道缺陷在線檢測中的一種磁致伸縮導波傳感器。
背景技術：
高溫(通常指高於100°C工作溫度)金屬管道作為在熱電、核電、煉化、冶金、供熱等領域廣泛應用的構件，長期在高溫條件下運行易產生疲勞、蠕變、腐蝕、磨損等失效，一旦金屬管道發生洩漏或斷裂，將導致金屬管道內介質大量流失，並可能引起爆炸、火災等災難性事故，直接影響設備的安全運行並對人員生命及周邊環境造成極大危害。一直以來對於便於安全評價的在線實時準確便捷的金屬管道缺陷檢測技術，具有強烈的需求。目前在高溫金屬管道缺陷超聲導波無損檢測領域，主要有美國西南研究院的 H. Kwun等對磁致伸縮導波長距離檢測的優點進行了闡述，實現了非接觸式縱向模態和接觸式扭轉模態的激勵；韓國的Y. Y. Kim等利用接觸式方式實現了扭轉波的激勵，對鎳片耦合產生扭轉模態導波的方法進行了優化設計，實現了不需要預磁化前提下利用鎳片的磁致伸縮效應在金屬管道中激勵導波；王悅民研究了在金屬管道中激勵縱向模態導波時如何選取合適的直流偏置磁場使得檢測信號幅值最大；武新軍等通過實驗研究了激勵脈衝包含的正弦波周數和偏置磁場強度對縱向模態導波激勵的影響，設計了梳式、周向陣列和徑向探頭，並結合導波理論對其模態選擇的結果進行了分析。專利號200310123047.9 的發明專利提出的是一種使用導波的非破壞性檢查裝置和非破壞性檢查方法，專利號 200610072881. 3的發明專利提出的是一種對帶粘彈性包覆層充液管道導波檢測方法，專利號200610144294. O提出的是一種管道缺陷的超聲導波時間反轉檢測裝置和方法。上述技術利用磁致伸縮技術進行檢測時，設計的激勵或接收探頭只能實現單一模態的激勵，要麼縱向模態，要麼扭轉波模態，而不同方向和深度的缺陷對不同模態的導波激勵敏感性不同， 而金屬管道的缺陷往往是不規則的，需要多種模態(縱波模態、扭轉波模態、彎曲模態)的複合檢驗。目前尚未見到能便捷實現多種激勵模態的傳感器應用於金屬管道檢測。
發明內容
為了克服背景技術領域中的不足，本發明的目的在於提供一種磁致伸縮導波傳感器。本發明採用的技術方案是
本發明是將兩個極性相反的永磁體固定在支撐支架兩側的下端，旋轉支架穿過支撐支架中心孔後，並定位在鑲嵌有激勵線圈的耐熱絕緣層中心孔中，旋轉支架能帶動支撐支架轉動，Fe-CO-V圓盤貼附耐熱絕緣層下表面，耐熱絕緣層位於兩個極性相反的永磁體中間。所述的激勵線圈鑲嵌在耐熱絕緣層中的布置，要滿足如下條件當激勵線圈產生的激勵磁場與偏置磁場方向一致時，能產生縱嚮導波；當激勵線圈產生的激勵磁場與偏置磁場垂直時，能產生沿被測管道周向的扭轉導波；當激勵線圈產生的激勵磁場與偏置磁場的方向Θ在0° 90°變化時，能產生螺旋的SH波。本發明具有的有益效果是
本發明基於磁一力一熱多場耦合的作用機理，通過對超聲導波回波綜合定量特徵模型
的理論分析和實驗研究，形成一種具有信息攜帶完整性和各類缺陷敏感性等綜合優化性能
的超聲導波聲場控制理論和方法，並以相控陣技術、小波變換技術為策略，實現實時定量化
磁致伸縮超聲導波金屬管道缺陷無損檢測，以應用於在線高溫金屬管道的監控過程，為高
溫金屬管道領域提供一種關鍵技術的監控和安全保障手段。本發明的有效實施，不僅能在
管類構件的在線監控中得到直接應用，同時帶動海洋平臺、大型儲罐、橋梁結構、以及飛機
機翼、高鐵軌道等行業的在線健康檢測和壽命評估技術的發展，創造更大的社會和經濟效 .、
Mo
圖I是本發明的磁致伸縮導波傳感器的分解等軸測圖。圖2是本發明的磁致伸縮導波傳感器的結構圖。圖3是本發明中第一種激勵磁場與偏置磁場布置不意圖。圖4是本發明中第二種激勵磁場與偏置磁場布置示意圖。圖5是本發明中激勵磁場與偏置磁場方向變化產生螺旋的SH波的波形傳播示意圖。圖中1、旋轉支架，2、支撐支架，3、兩極性相反的永磁體，4、耐熱絕緣層，5、激勵線圈，6、Fe-CO-V圓盤，7、磁致伸縮導波傳感器。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖I，圖2所示，本發明的磁致伸縮導波傳感器7是由旋轉支架I，支撐支架2，兩極性相反的永磁體3，耐熱絕緣層4，激勵線圈5和Fe-CO-V圓盤6構成。兩個極性相反的永磁體3固定在支撐支架2兩側的下端，旋轉支架I穿過支撐支架2中心孔後，並定位在鑲嵌有激勵線圈5的耐熱絕緣層4中心孔中，旋轉支架I能帶動支撐支架2轉動，Fe-CO-V圓盤6貼附耐熱絕緣層4下表面，耐熱絕緣層4位於兩個極性相反的永磁體3中間。這樣就可以通過調節旋轉支架I來改變永磁體3的方向。永磁體3在與激勵線圈5相對運動中，偏置磁場也相對於激勵信號的磁場在不斷的變化，從而產生不同的波形。如圖3，圖4所示，所述的激勵線圈5鑲嵌在耐熱絕緣層4中的布置，要滿足如下條件當激勵線圈產生的激勵磁場Ha與偏置磁場Hb方向一致時，能產生縱嚮導波；當激勵線圈產生的激勵磁場Ha與偏置磁場Hb垂直時，能產生沿被測管道周向的扭轉導波；當激勵線圈產生的激勵磁場Ha與偏置磁場Hb的方向Θ在0° 90°變化時，能產生螺旋的SH波。旋轉支架1，提供調整方向及固定支撐支架的功能；支撐支架2為兩極性相反的永磁體3提供安裝面；兩極性相反的永磁體3，能提供偏置磁場；耐熱絕緣層4，為旋轉支架I 提供支撐面及鑲嵌激勵線圈5的功能；耐熱絕緣層材料主要成分由水玻璃和陶土構成，其耐熱溫度可達1200°C，聲阻抗和環氧樹脂接近，在高溫下凝固後可長久使用，由公安部天津消防研究所提供；激勵線圈5提供激勵磁場；Fe-C0-V圓盤6為耐熱絕緣層提供貼附面， 未經熱處理的Fe-CO-V圓盤有很好的軟磁特性，其居裡溫度最高可達938°C，磁致伸縮係數可達60PPm，高溫性能和磁致伸縮係數明顯優於鎳帶，Fe-CO-V圓盤能貼附在高溫管道表面。本發明的一個實施例
如圖5所示，將兩個磁致伸縮導波傳感器7的Fe-CO-V圓盤6分別布置於被測鋼管的兩端的圓柱面上，一個磁致伸縮導波傳感器7作為發射端，另一個磁致伸縮導波傳感器7作為接收端。發射端的磁致伸縮導波傳感器發射超聲導波，接收端的磁致伸縮導波傳感器可以接收缺陷回波信號，根據分析縱嚮導波、扭轉導波和螺旋的SH導波作用下的缺陷反射信號的頻散特性，對其中的高階模態進行分析。根據不同特徵的缺陷對不同激勵方式與模態階次的敏感性不同，可對缺陷進行分類，並根據軸向位置和相位信息，能得到缺陷的位置和輪
廓信息。上述具體實施方式
用來解釋說明本發明，而不是對本發明進行限制，在本發明的精神和權利要求的保護範圍內，對本發明作出的任何修改和改變，都落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種磁致伸縮導波傳感器，其特徵在於兩個極性相反的永磁體(3)固定在支撐支架(2)兩側的下端，旋轉支架(I)穿過支撐支架(2)中心孔後，並定位在鑲嵌有激勵線圈(5)的耐熱絕緣層⑷中心孔中，旋轉支架⑴能帶動支撐支架⑵轉動，Fe-CO-V圓盤(6) 貼附耐熱絕緣層(4)下表面，耐熱絕緣層(4)位於兩個極性相反的永磁體(3)中間。
2.根據權利要求I所述的一種磁致伸縮導波傳感器，其特徵在於所述的激勵線圈(5) 鑲嵌在耐熱絕緣層(4)中的布置，要滿足如下條件當激勵線圈產生的激勵磁場與偏置磁場方向一致時，能產生縱嚮導波；當激勵線圈產生的激勵磁場與偏置磁場垂直時，能產生沿被測管道周向的扭轉導波；當激勵線圈產生的激勵磁場與偏置磁場的方向Θ在0° 90° 變化時，能產生螺旋的SH波。
全文摘要
本發明公開了一種磁致伸縮導波傳感器。是將兩個極性相反的永磁體固定在支撐支架兩側的下端，旋轉支架穿過支撐支架中心孔後，並定位在鑲嵌有激勵線圈的耐熱絕緣層中心孔中，旋轉支架能帶動支撐支架轉動，Fe-CO-V圓盤貼附耐熱絕緣層下表面，耐熱絕緣層位於兩個極性相反的永磁體中間。本發明基於磁－力－熱多場耦合的作用機理，通過對超聲導波回波綜合定量特徵模型的理論分析和實驗研究，形成一種具有信息攜帶完整性和各類缺陷敏感性等綜合優化性能的超聲導波聲場控制理論和方法，並以相控陣技術、小波變換技術為策略，實現實時定量化磁致伸縮超聲導波金屬管道缺陷無損檢測，以應用於在線高溫金屬管道的檢測。
文檔編號G01N29/04GK102608207SQ20121008127
公開日2012年7月25日 申請日期2012年3月26日 優先權日2012年3月26日
發明者呂福在, 唐志峰, 李凱, 鄭勝義 申請人:浙江大學