一種寬頻帶表面波激振器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及混凝土結構工程的表面波無損檢測儀器，尤其是涉及一種能夠發出寬頻帶變幅穩態表面波信號的寬頻帶表面波激振器。
【背景技術】
[0002]表面波是沿固體介質表層傳播的一種彈性波，其具有兩個顯著的特性，一是其傳播速度與剪切波傳播速度相近；二是在分層介質中具有頻散特性。利用前一特性，通過測試表面波傳播速度就可以計算出介質的彈性模量，從而對介質的力學性質作出評價；利用后一特性，通過測試表面波的頻散曲線(速度隨頻率或波長的變化曲線)，可計算出各層的厚度和波速，進而得到介質在不同深度范圍內的力學性質變化情況。利用表面波測試技術，可以進行工程地質勘查、巖土物理參數測試和混凝土工程質量無損檢測等。
[0003]目前，實現表面波測試的技術有兩種:一是瞬態激振，即瞬態表面波法，通過分析計算兩道信號的相位譜或二維頻譜，得到表面波傳播時的頻散曲線；二是穩態激振，即穩態表面波法，通過實測一系列頻率的表面波速度，直接得到頻散曲線。
[0004]上述測試方法存在以下缺陷:1、通過錘子敲擊介質表面產生瞬態表面波激振源，每次敲擊產生的振動，只有一個優勢頻率，敲擊產生的表面波的頻率范圍難以控制。當測試混凝土表層厚度時，需要的頻率很高，通過錘子敲擊的振源很難達到；當測試混凝土表層5cm厚度時，需要波長為10cm，設波速是2500m/s，則頻率應是25kHz。敲擊振源很難達到這樣高的頻率。同理，當測試混凝土結構的厚度很大時，需要的頻率很低，敲擊同樣可能產生不了所需要的低頻率表面波。因此，瞬態表面波法受到較大限制，且測試精度較低。
[0005]2、穩態表面波法的激振源是電磁激振器，電磁激振器內部結構是彈簧-質量系統，高頻激振的上限頻率一般小于10kHz，且激振力也較小。利用該正弦等幅激振器時，接收的表面波也是等幅正弦波信號，在高頻或波速降低時，波長也相應減小。因為波長未知，如果檢波器的間距小于一個波長，兩檢波器接收的正弦波振動信號相鄰的同相位就會產生2 31誤差，就產生很大誤差。因此，電磁激振器產生穩態表面波存在頻率上限較低和等幅振動時的相位對比容易誤判等缺陷。
[0006]由此可見，現有技術中存在著測量儀器頻率范圍較小，測量精度較低，結構復雜，準確度不高的缺陷，亟待進一步改進。
【實用新型內容】
[0007]本實用新型的目的是提供一種結構簡單、頻率范圍較寬、分辨率和精度較高、適用范圍廣的寬頻帶表面波激振器。
[0008]為解決上述技術問題，本實用新型提供一種寬頻帶表面波激振器，其包括:表面波激振裝置、電功率變幅信號源裝置以及電源，其中，
[0009]所述表面波激振裝置包括磁致激振單元、電致激振單元以及振動發射單元，所述磁致激振單元、所述電致激振單元分別與所述振動發射單元連接；
[0010]所述表面波激振裝置上設置有電致激振接頭和磁致激振接頭，所述電功率變幅信號源裝置通過所述磁致激振接頭與所述磁致激振單元電連接，所述電功率變幅信號源裝置通過所述電致激振接頭與所述電致激振單元電連接；
[0011 ] 所述電源通過所述電功率變幅信號源裝置與所述表面波激振裝置電連接。
[0012]所述磁致激振單元包括環形永磁鐵、環形驅動線圈、磁致伸縮棒以及振動傳遞桿；
[0013]所述磁致伸縮棒設在所述環形驅動線圈的內側，所述環形永久磁鐵設在所述環形驅動線圈的外側；
[0014]所述振動傳遞桿的頂端與所述磁致伸縮棒底端抵接，所述振動傳遞桿的底端與所述電致激振單元抵接；
[0015]所述磁致伸縮棒在所述環形驅動線圈和所述環形永久磁鐵的共同作用下振動，產生1kHz -1OOHz的低頻表面波。
[0016]還包括蝶形彈簧、底座和頂蓋；
[0017]所述磁致激振單元設置在所述底座和所述頂蓋之間，所述底座和所述頂蓋之間通過螺栓固定連接；
[0018]所述蝶形彈簧設置在所述振動傳遞桿與所述底座之間。
[0019]所述頂蓋的中間處設置有預應力螺栓，所述預應力螺栓的底端與所述磁致激振單元相抵接。
[0020]所述底座和頂蓋均米用軟鐵材質。
[0021 ] 所述磁致伸縮棒采用磁致伸縮材料制成，該磁致伸縮材料的應變值為0.002，抗壓強度為700MPa，響應速度小于I微秒。
[0022]所述磁致激振單元通過所述振動傳遞桿與所述電致激振單元連接。
[0023]還包括外殼，所述磁致激振單元和所述電致激振單元均安裝在所述外殼內部，所述振動發射單元安裝在所述外殼的底部，其發射端伸出所述外殼。
[0024]所述外殼的底部內側設有圍繞所述電致激振單元和所述振動傳遞桿底部周圍的吸聲材料。
[0025]所述電致激振單元為電致激振環，所述電致激振環采用機電耦合系數0.65，相對介電常數3000，彈性系數180m2/N，壓電常數5500 C / N，密度7.6 g /cm3的壓電陶瓷的電致伸縮材料，用于產生10kHz-40kHz的高頻信號。
[0026]本實用新型的寬頻帶表面波激振器具有以下有益效果:
[0027]1、本實用新型通過電功率變幅信號源裝置，實現了寬頻帶表面波激振器的變幅激振，能產生高頻或低頻的變幅表面波振動信號，當用于表面波無損檢測時，提高了混凝土結構表層分辨率或者提高了對大體積混凝土結構檢測的適用性，并避免了等幅激振時波長變小相位對比產生2 31誤差的錯誤。
[0028]2、本實用新型寬頻帶表面波激振器的結構簡單，效果完善，為混凝土結構表面波法無損檢測提供了一種適用性較廣的激振源，同時，提高了表面波法無損檢測的分辨率和精度。
【附圖說明】
[0029]圖1是本實用新型的寬頻帶表面波激振裝置的結構示意圖；
[0030]圖2是本實用新型的寬頻帶表面波激振器的結構示意圖；
[0031]圖3是本實用新型的寬頻帶表面波激振器的變幅穩態表面波信號圖；
[0032]圖4是現有技術的表面波激振器激發的等幅穩態表面波信號圖。
【具體實施方式】
[0033]請配合參閱圖1和圖2所示，本實用新型的一種寬頻帶表面波激振器，為一種穩態表面波測試的激振源，該寬頻帶表面波激振器的頻率范圍為100Hz-40kHz，可產生的頻率范圍寬，適應不同檢測的需要。該寬頻帶表面波激振器包括:表面波激振裝置22、電功率變幅信號源裝置26以及電源27，其中，表面波激振裝置22包括磁致激振單元、電致激振單元I以及振動發射單元3，其中，磁致激振單元和電致激振單元I與振動發射單元3連接，具體的，磁致激振單元通過磁致激振單元的振動傳遞桿7與電致激振單元I連接。表面波激振裝置22上設有電致激振接頭23和磁致激振接頭24，電功率變幅信號源裝置26通過磁致激振接頭24與磁致激振單元電連接，電功率變幅信號源裝置26通過電致激振接頭23與電致激振單元I電連接；電源27通過電功率變幅信號源裝置26與表面波激振裝置22電連接。
[0034]其中，磁致激振單元包括環形永久磁鐵5、環形驅動線圈4、磁致伸縮棒2以及振動傳遞桿7 ;磁致伸縮棒2設在所述環形驅動線圈5內側，磁致伸縮棒2的下端與振動傳遞桿7的上端抵接，磁致伸縮棒2的上端與預應力螺栓10抵接，振動傳遞桿7的頂端與磁致伸縮棒2下端抵接，振動傳遞桿7的下端與電致激振單元抵接。環形永久磁鐵5設置在環形驅動線圈4的外側，磁致伸縮棒2在環形驅動線圈4和環形永久磁鐵5的共同作用下，可產生范圍為1kHz -1OOHz的低頻表面波。其中，本實用新型的磁致伸縮棒2采用磁致伸縮材料構成，該磁致伸縮材料的應變值為0.002，抗壓強度為700MPa，響應速度小于I微秒。本實用新型的磁致伸縮材料具有較好的低頻特性，可產生頻率范圍為1kHz -1OOHz的表面波。
[0035]電致激振單元I采用由電致伸縮材料制成的電致伸縮環，該電致伸縮材料具有高頻特性，通過電致激振單元I可以產生頻率范圍為10kHz-40kHz的高頻表面波，用于混凝土構件無損檢測，表層分辨率可達3cm。電致伸縮材料是一種環形壓電陶瓷材料，該環形壓電陶瓷材料在交變電場作用下產生伸縮變形，即將電能轉換成機械能，當給環形壓電陶瓷材料施加一特定頻率的交變