超聲波壁厚測厚儀傳感器介紹

一、技術領域本實用新型屬于超聲無損檢測領域，更具體地，涉及一種用于測量譬如鋼管等試件的壁厚的電磁超聲傳感器。隨著用戶對無縫鋼管等產品質量要求的提高，生產過程中對鋼管等進行連續壁厚測量的要求越來越迫切，需要一種非接觸的壁厚測量技術。另一方面，為保障承壓設備的可靠運行，其在役測厚需求也越來越多，需要一種適用于高溫的測厚技術。作為一種滿足上述需求的方法，電磁超聲測厚在實踐運用中越來越受到重視。電磁超聲傳感器是一種在金屬上產生和接收超聲波的裝置，作為電磁超聲測厚中的傳感元件，負責電信號和超聲信號的轉換，其性能對測量有直接影響。電磁超聲傳感器主要由線圈和*磁鐵或電磁鐵兩個主要部分構成。*磁鐵或電磁鐵在金屬內部產生一個穩定的偏置磁場，通以高頻電流的激勵線圈會在試件內部產生與電流同頻的渦流。金屬中運動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為偏置磁場強度。在帶電粒子和原子的相互作用下，在金屬內部產生超聲波。當超聲波傳播到電磁超聲傳感器的傳感區域時，由于偏置磁場的作用，振動會在試件中產生渦流。接收線圈感應到渦流產生的磁場變化，進而輸出與超聲波對應的電信號。二、元器件特點1、線圈作為電磁超聲傳感器的敏感元件，其設計直接影響電磁超聲傳感器的性能。激勵線圈和接收線圈都應盡可能地靠近被測試件，遠離試件會減弱線圈在試件中產生和接收渦流的能力。激勵線圈的設計應能與試件形成的耦合，并能承受高功率，以在試件中產生高能量的超聲波。接收線圈的設計應對磁場變化十分敏感，以便于感應微弱的信號。兩者的設計要求是有區別的。2、一種電磁超聲傳感器設計是采用單線圈，其特征在于線圈既用于激勵又用于接收。由于復用線圈，因此兩個線圈與試件的距離均可以降到zui低，但是線圈需要同時兼顧激勵和接收的要求，性能不能達到zui佳。同時單線圈電磁超聲傳感器需要配合使用雙工電路，阻止激勵脈沖損壞接收電路。但雙工電路會衰減接收信號，并限制信號帶寬。此外雙工電路還易引發振蕩，增大測量盲區。3、為規避這些問題，另一種設計是采用獨立的激勵線圈和接收線圈的雙線圈設計。其采用分開的激勵線圈和接收線圈設計降低電磁超聲傳感器的盲區，但該為減小兩個線圈之間的耦合而設計的屏蔽會削弱接收線圈檢測超聲波的能力，同時該沒有涉及到激勵線圈和接收線圈設計中的區別。其使用雙線并繞的方法制成幾何尺寸和匝數均一致的激勵和接收線圈，使兩線圈距離試件的距離一致，但對于同樣的線徑和線圈尺寸，該的激勵線圈和接收線圈匝數均只有單線圈傳感器的一半，進而導致激勵和接收效率大幅下降。此外，傳感器的激勵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試件，兩個線圈匝數不同但直徑一致，但該設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，增加了使用復雜度，同時其線圈設計在使用*磁鐵磁化時效果較差。4、作為進一步優選地，所述上殼體由導電性金屬制成并與所述接頭的導電外殼接觸相連，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厚儀的電路地連接。通過將上殼體的材料限定為導電性金屬并使其連接測厚儀的電路地的設定，能夠有效屏蔽外界電磁環境對接收平面線圈的干擾，減小信號中的噪聲。5、通過對容納平面線圈的階梯孔各級深度的進一步限定，可以使平面線圈更為完全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或變形，進而避免由此產生的耦合效率的下降。按照本實用新型的電磁超聲傳感器，通過將傳感器使用雙線圈設計并對其設置方式等方面進行改進，使得傳感器具有高激勵效率、高接收靈敏度和高信噪比，同時能夠抑制激勵時的干擾脈沖，有效降低傳感器的測量盲區。