超声波壁厚测厚仪传感器介绍

一、技术领域本实用新型属于超声无损检测领域，更具体地，涉及一种用于测量譬如钢管等试件的壁厚的电磁超声传感器。随着用户对无缝钢管等产品质量要求的提高，生产过程中对钢管等进行连续壁厚测量的要求越来越迫切，需要一种非接触的壁厚测量技术。另一方面，为保障承压设备的可靠运行，其在役测厚需求也越来越多，需要一种适用于高温的测厚技术。作为一种满足上述需求的方法，电磁超声测厚在实践运用中越来越受到重视。电磁超声传感器是一种在金属上产生和接收超声波的装置，作为电磁超声测厚中的传感元件，负责电信号和超声信号的转换，其性能对测量有直接影响。电磁超声传感器主要由线圈和*磁铁或电磁铁两个主要部分构成。*磁铁或电磁铁在金属内部产生一个稳定的偏置磁场，通以高频电流的激励线圈会在试件内部产生与电流同频的涡流。金属中运动的带电粒子将受到洛伦兹力F作用：F-J×B其中J为电涡流密度，B为偏置磁场强度。在带电粒子和原子的相互作用下，在金属内部产生超声波。当超声波传播到电磁超声传感器的传感区域时，由于偏置磁场的作用，振动会在试件中产生涡流。接收线圈感应到涡流产生的磁场变化，进而输出与超声波对应的电信号。二、元器件特点1、线圈作为电磁超声传感器的敏感元件，其设计直接影响电磁超声传感器的性能。激励线圈和接收线圈都应尽可能地靠近被测试件，远离试件会减弱线圈在试件中产生和接收涡流的能力。激励线圈的设计应能与试件形成的耦合，并能承受高功率，以在试件中产生高能量的超声波。接收线圈的设计应对磁场变化十分敏感，以便于感应微弱的信号。两者的设计要求是有区别的。2、一种电磁超声传感器设计是采用单线圈，其特征在于线圈既用于激励又用于接收。由于复用线圈，因此两个线圈与试件的距离均可以降到zui低，但是线圈需要同时兼顾激励和接收的要求，性能不能达到zui佳。同时单线圈电磁超声传感器需要配合使用双工电路，阻止激励脉冲损坏接收电路。但双工电路会衰减接收信号，并限制信号带宽。此外双工电路还易引发振荡，增大测量盲区。3、为规避这些问题，另一种设计是采用独立的激励线圈和接收线圈的双线圈设计。其采用分开的激励线圈和接收线圈设计降低电磁超声传感器的盲区，但该为减小两个线圈之间的耦合而设计的屏蔽会削弱接收线圈检测超声波的能力，同时该没有涉及到激励线圈和接收线圈设计中的区别。其使用双线并绕的方法制成几何尺寸和匝数均一致的激励和接收线圈，使两线圈距离试件的距离一致，但对于同样的线径和线圈尺寸，该的激励线圈和接收线圈匝数均只有单线圈传感器的一半，进而导致激励和接收效率大幅下降。此外，传感器的激励和接收线圈分别制作在0. 5mm厚印制电路板的两面，接收线圈一面靠近被测试件，两个线圈匝数不同但直径一致，但该设备使用的是没有铁芯的脉冲电磁铁，需要配合脉冲电源使用，增加了使用复杂度，同时其线圈设计在使用*磁铁磁化时效果较差。4、作为进一步优选地，所述上壳体由导电性金属制成并与所述接头的导电外壳接触相连，由此与该接头连接至所述接收平面线圈的端子相连，该端子通过电缆与测厚仪的电路地连接。通过将上壳体的材料限定为导电性金属并使其连接测厚仪的电路地的设定，能够有效屏蔽外界电磁环境对接收平面线圈的干扰，减小信号中的噪声。5、通过对容纳平面线圈的阶梯孔各级深度的进一步限定，可以使平面线圈更为完全地贴合所处的阶梯孔，由此能够有效地避免线圈在阶梯孔中的移动或变形，进而避免由此产生的耦合效率的下降。按照本实用新型的电磁超声传感器，通过将传感器使用双线圈设计并对其设置方式等方面进行改进，使得传感器具有高激励效率、高接收灵敏度和高信噪比，同时能够抑制激励时的干扰脉冲，有效降低传感器的测量盲区。