一種電磁超聲探頭的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于工業測量技術領域，具體涉及一種電磁超聲探頭。
【背景技術】
[0002]近年來，無損檢測技術對工業設備可靠性和安全性的檢測和評估起到越來越重要的作用。電磁超聲檢測技術因具有非接觸、不需耦合劑、重復性好等特點，在鋼鐵、航空航天及鐵路交通等無損檢測領域具有巨大的應用前景。
[0003]與傳統的壓電檢測相比，電磁超聲換能效率較低，采集到的電磁超聲信號微弱，甚至會低至微伏級，在傳輸到上位機或放大模塊之前，很容易受到外界電磁干擾等噪聲的影響。特別是在工業應用場合，很容易因為外界噪聲引起誤檢、漏檢等情況的發生，使得電磁超聲檢測技術的應用受到了較大的限制。
[0004]CN 102023186.B公開了一種電磁超聲探頭，并給出使用該電磁超聲探頭檢測管道的方法，可以實現對車輪輪箍缺陷的在線檢測；CN 101701810公開了一種可降低磁鐵回波的電磁超聲接收器；CN101713642.B公開了一種電磁超聲探頭，其采用脈沖電磁鐵產生偏置磁場，避免了采用永磁偏置磁場的電磁超聲探頭在金屬結構上移動困難的問題；CN102706966披露了一種水平剪切電磁超聲探頭，通過在主永久磁鐵閉合的磁路上施加輔助永久磁鐵，提高了電磁超聲線圈下部的試件磁化強度，從而可將電磁超聲信號強度比傳統電磁超聲探頭增加兩倍，但其增大倍數依然有限，其輸出信號依然容易被干擾。
[0005]上述電磁超聲探頭雖都可以實現超聲檢測，但其缺點主要有二:首先，由于電磁超聲的換能效率較低，傳統電磁超聲探頭的輸出電壓都在毫伏級以下，在鋁板檢測中甚至會低至微伏級，信號從探頭傳輸到后續電路模塊或上位機采集卡的過程中，極易受到外界電磁干擾的影響，出現信號檢測失效的問題，此外部分探頭采用脈沖電磁鐵產生偏置磁場，這也使得脈沖電磁鐵本身對探頭輸出信號產生干擾。其次，該類電磁超聲探頭在工業應用中將面對復雜的電磁噪聲，探頭的輸出信號將更加復雜，增加信號處理難度，甚至出現誤檢、漏檢等現象的發生，大大限制了電磁超聲檢測技術的應用。

【發明內容】

[0006]針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種電磁超聲探頭。該電磁超聲探頭通過將前置放大模塊集成于電磁超聲探頭內部，可以顯著提高電磁超聲探頭向外輸出的電磁超聲信號幅值，克服電磁超聲低換能效率而導致的信號傳輸過程中易被噪聲干擾的問題，特別適合于復雜情況電磁超聲檢測；同時，電磁超聲探頭中永磁體的旋轉設計也非常巧妙，解決了現有電磁超聲探頭在鐵磁性金屬材料上移動困難的問題，且操作簡單。前置放大模塊采用兩級放大電路結構簡單，成本低廉，并可方便的實現放大增益的調節。本發明通過采用以場效應晶體管VN88AFD和運算放大器AD9618JN為核心的放大電路集成于電磁超聲探頭內部，使得電磁超聲探頭輸出的超聲信號幅值顯著提高，可達近百毫伏，并且電磁超聲探頭內部的硅鋼疊片結構可有效降低內部渦流對超聲信號的影響，使得該電磁超聲探頭的換能效率和抗干擾能力明顯增強；此外，通過對永磁體進行旋轉控制，有效解決了傳統電磁超聲探頭在鐵磁性金屬結構上移動困難的問題。
[0007]本發明解決所述技術問題所采用的技術方案是，提供一種電磁超聲探頭，其特征是該電磁超聲探頭包括前置放大模塊、隔離層、外殼、接收線圈和永磁裝置；所述外殼頂面上設有撥動開關、電源線接口和BNC接頭，外殼的底面內側設有隔離層，外殼的兩個側面中心均設有開孔，所述前置放大模塊位于外殼內部，且通過螺絲固定在外殼頂面內側，所述接收線圈粘貼在隔離層上；接收線圈通過信號線與前置放大模塊的輸入端相連，前置放大模塊的輸出端與固定在外殼上的BNC接頭相連，所述撥動開關控制前置放大模塊的檔位，電源線接口與外接電源相連；
[0008]所述永磁裝置包括永磁體、第一弧形磁靴、第二弧形磁靴、十字聯軸器和機械旋鈕，所述永磁體位于兩個弧形磁靴中間，永磁體的中部設有十字孔槽，所述第一弧形磁靴和第二弧形磁靴以永磁體為中心對稱布置，第一弧形磁靴置于接收線圈的垂直上方，第二弧形磁靴通過螺絲固定在前置放大模塊的下面；所述十字聯軸器穿過永磁體中部的十字孔槽，十字聯軸器的一端置于外殼一側面的開孔內，十字聯軸器的另一端通過外殼另一側面的開孔穿過外殼，并與機械旋鈕相連；機械旋鈕位于外殼的外側，機械旋鈕通過十字聯軸器帶動永磁體在水平和垂直兩個方向切換。
[0009]與現有技術相比，本發明的有益效果是:①本發明基于電磁超聲的原理對超聲信號進行采集，通過設置機械旋鈕，實現了對永磁裝置的調節與控制，解決了現有電磁超聲探頭在鐵磁性金屬材料上移動困難的問題，且操作簡單，價格低廉，更適合于工業應用；②本發明通過將前置放大模塊集成于電磁超聲探頭的結構中，可將電磁超聲探頭的輸出信號幅值提高近千倍，同時使得信號在后續傳輸給采集卡或示波器的過程中抗干擾能力增強，降低了漏檢、誤檢的可能性，有效提高了檢測的可靠性；③本發明通過采用硅鋼片疊片結構作為永磁體的弧形磁靴，可以顯著降低電磁超聲探頭內部渦流的產生，避免了渦流在磁場作用下所產生的超聲波及其對電磁超聲采集過程中的干擾，提高了電磁超聲的換能效率；④本發明中前置放大模塊通過采用以場效應晶體管VN88AFD和運算放大器AD9618JN為核心的放大電路，可以將電磁超聲探頭輸出信號放大可達1000倍，并且放大倍數有10倍、100倍和1000倍三檔可調。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發明電磁超聲探頭一種實施例的俯視結構不意圖；
[0011]圖2為本發明電磁超聲探頭圖1中的A-A面的剖視結構示意圖；
[0012]圖3為本發明電磁超聲探頭圖1中的B-B面的剖視結構示意圖；
[0013]圖4為本發明電磁超聲探頭一種實施例中前置放大模塊1的一級放大電路原理圖；
[0014]圖5為本發明電磁超聲探頭一種實施例中前置放大模塊1的二級放大電路原理圖；
[0015]圖6為本發明電磁超聲探頭用于超聲實驗的原理示意圖；
[0016]圖7 (a)為對壓電探頭實施170V方波激勵，連續7個周期，頻率為1MHz，撥動開關7移至第一檔位時，電磁超聲探頭所采集過程示意圖；
[0017]圖7 (b)為對壓電探頭實施170V方波激勵，連續7個周期，頻率為1MHz，撥動開關7移至第二檔位時，電磁超聲探頭所采集過程示意圖；
[0018]圖7 (c)為對壓電探頭實施170V方波激勵，連續7個周期，頻率為1MHz，撥動開關移至第三檔位時，電磁超聲探頭所采集過程示意圖；
[0019]圖中，1.前置放大模塊、2.隔離層、3.外殼、4.接收線圈、5.永磁裝置、6.BNC接頭、7.撥動開關、8.信號線、9.電源線接口 ；501.永磁體、502.第一弧形磁靴、503.十字聯軸器、504.機械旋鈕、505.第二弧形磁靴、5011.十字孔槽；10.工控機、11.壓電探頭、12.金屬板、13.電磁超聲探頭、14.電源適配器、15.不波器。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例及附圖對本發明進一步說明。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明權利要求的保護范圍。
[0021]本發明電磁超聲探頭(參見圖1-3)包括前置放大模塊1、隔離層2、外殼3、接收線圈4和永磁裝置5 ;所述外殼3頂面上設有撥動開關7、電源線接口 9和BNC接頭6，外殼3的底面內側設有隔離層2，外殼3的兩個側面中心均設有開孔，所述前置放大模塊1位于外殼3內部，且通過螺絲固定在外殼3頂面內側，所述接收線圈4粘貼在隔離層2上；接收線圈4通過信號線8與前置放大模塊1的輸入端相連，前置放大模塊1的輸出端與固定在外殼3上的BNC接頭6相連，所述撥動開關7控制前置放大模塊1的檔位，電源線接口 9與外接電源相連；
[0022]所述永磁裝置5包括永磁體501、第一弧形磁靴502、第二弧形磁靴505、十字聯軸器503和機械旋鈕504，所述永磁體501位于兩個弧形磁靴中間，永磁體501的中部設有十字孔槽5011，所述第一弧形磁靴502和第二弧形磁靴505以永磁體501為中心對稱布置，第一弧形磁靴502置于接收線圈4的垂直上方，第二弧形磁靴505通過螺絲固定在前置放大模塊1的下面；所述十字聯軸器503穿過永磁體中部的十字孔槽5011，十字聯軸器503的一端置于外殼3 —側面的開孔內，十字聯軸器503的另一端通過外殼3另一側面的開孔穿過外殼3，并與機械旋鈕504相連；機械旋鈕504位于外殼3的外側，機械旋鈕504通過十字聯軸器503帶動永磁體501在水平和垂直兩個方向切換。
[0023]本發明的進一步特征在于所述第一弧形磁靴502由冷乳取向硅鋼片疊加而成，每層硅鋼片表面涂有絕緣漆；所述第二弧形磁靴505為高導磁材料制成。
[0024]本發明的進一步特征在于所述永磁體501采用釹鐵硼材料制成，外殼3由導磁鋼材料制成。
[0025]本發明的進一步特征在于所述接收線圈4為螺旋形、回折形或跑道形，由PCB印制電路板技術印制或漆包線繞制而成。
[0026]本發明的進一步特征在于所述前置放大模塊1包括一級放大電路和二級放大電路，一級放大電路為共源共柵型放大電路，二級放大電路為同相放大電路。
[0027]本發明的進一步特征在于所述一級放大電路包括一對場效應晶體管VN88AFD ;所述二級放大電路包括電流反饋運算放大器AD9618JN。
[0028]在圖3中機械旋鈕504位于外殼3的外側，機械旋鈕504將帶動永磁體501在水平和垂直兩個方向切換。當永磁體501處于水平方向時，電磁超聲探頭與被測金屬板之間的吸力減小，可以自由移動電磁超聲探頭；當永磁體501處于垂直方向時，電磁超聲探頭將與被測金屬板緊密接觸，并可采集信號。永磁體501的這種可控轉動操作解決了現有技術中電磁超聲探頭在被測件上不易移動的問題。
[0029]本發明中的前置放大模塊1由一級放大電路和二級放大電路兩部分組成，一級放大電路(參見圖4)是由一對低噪聲結型場效應晶體管VN88AFD構成的共源共柵型放大電路，二級放大電路(參見圖5)是由高速、低噪、寬帶、電流反饋運算放大器AD9618JN構成的同相放大電路。通過調節撥動開關7的檔位，前置放大模塊1能實現對接收超聲信號10倍、100倍和1000倍的三個不同增益的調節。
[0030]在圖4中，一級放大電路由場效應晶體管Q1 (VN88AFD)、場效應晶體管Q2 (￥嫩84?0)、電阻1?1、電阻1?2、電阻1?3、電阻1?4、電阻1?5、電阻1?6、電阻1?7、電阻1?8、電阻1?9、電阻R10、電位器R11、電容CR3、電容C1、電容C2、電容C3、電容C4、電容