专利汇可以提供一种基于阵列磁铁电磁超声的弹性常数测量方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 一种基于阵列磁 铁 电磁超声的弹性常数测量方法,其特征是,该方法首先设计并制作平面海尔贝克 磁铁 阵列,基于磁铁阵列特征,设计不同结构柔性印刷线圈。再次,集成与组装阵列磁铁电磁超声。最后,利用阵列磁铁电磁超声,测量被测点处纵波与横波回波声时,完成材料弹性常数计算。本发明解决了材料弹性常数测量效率与 精度 问题。创新设计了一种平面海尔贝克磁铁阵列,同时获得了垂直与 水 平 磁场 ,并提高了磁场强度;优化了柔性印刷线圈集成结构,获得了高 信噪比 的声时 信号 ;同时激发出了横波与纵波,获得了高信噪比的声时信号,提高了空间测量 分辨率 ,可满足面向制造现场环境的弹性常数快速无损精确测量需求。,下面是一种基于阵列磁铁电磁超声的弹性常数测量方法专利的具体信息内容。
1.一种基于阵列磁铁电磁超声的弹性常数测量方法,其特征是,该方法首先设计,并制作平面海尔贝克磁铁阵列;其次,基于磁铁阵列特征,设计不同结构柔性印刷线圈;集成与组装阵列磁铁电磁超声,最后,利用阵列磁铁电磁超声,测量被测点处纵波与横波回波声时,完成材料弹性常数计算;方法的具体步骤如下:
第一步,平面海尔贝克阵列磁铁设计
基于线性海尔贝克磁铁阵列(A)特征,磁场强度分为强弱两侧,在线性海尔贝克磁铁阵列中心区域(A1)主要分布垂直方向磁场,在线性海尔贝克磁铁阵列邻近区域(A2)分布水平方向磁场;创新设计平面海尔贝克磁铁阵列(C),平面海尔贝克磁铁阵列(C)采用n·n个立方永磁铁通过树脂胶粘结而成;采用两个线性磁铁阵列正交布置,组成正交分布式磁铁阵列(B),并增大垂直磁场在正交分布式磁铁阵列中心区域(B1)的分布面积;为保证正交分布式磁铁阵列邻近区域(B2)具有高强度磁场,在正交分布式磁铁阵列(B)最外侧一周采用相反方向的线性磁铁阵列;剩下其余位置采用永磁铁按照对称方式布置,以此提高水平与垂直磁场强度;
该平面海尔贝克磁铁阵列(C)与线性海尔贝克磁铁阵列(A)具有相同的特性,其磁场强度分为强弱两侧,在磁场的强侧,首先,平面海尔贝克磁铁阵列中心区域(C1)具有高强度磁场且方向垂直;然后,随着逐渐远离中心区域,在平面海尔贝克磁铁阵列邻近区域(C2)磁场方向变为水平;最后,磁场方向仍然是垂直的,但当它们到达边缘时,磁场变为相反方向;
第二步,柔性印刷线圈设计
根据电磁超声横波和纵波产生机理,一个小型方形线圈(a)占据平面海尔贝克磁铁阵列垂直磁场区域时,会激发横波;当方形环形线圈(b)覆盖水平磁场区域时,会激发纵波;为了同时产生纵波和横波,普通方形线圈(c)需要同时覆盖垂直磁场区域和水平磁场区域;因此,设计了三种不同的线圈:只覆盖平面海尔贝克磁铁阵列中心区域(C1)的小型方形线圈(a),只覆盖平面海尔贝克磁铁阵列邻近区域(C2)的方形环形线圈(b),覆盖平面海尔贝克磁铁阵列中心区域(C1)和平面海尔贝克磁铁阵列邻近区域(C2)的普通方形线圈(c);
第三步,阵列磁铁电磁超声集成与组装
阵列磁铁电磁超声由外壳(1)、平面海尔贝克磁铁阵列(C)、柔性线圈印刷板(3)和MMCX连接口(2)组成;外壳(1)由铝合金材料制成,保证平面海尔贝克磁铁阵列(C)的高磁通密度;MMCX连接口(2)焊接在柔性线圈印刷板(3)上,与三根同轴电缆连接,并用树脂胶粘结固定;三根同轴电缆也用树脂胶固定在铝合金外壳(1)上,保证测量过程中不因重力等其它因素使连接处松脱;
在柔性线圈印刷板(3)中,将小型方形线圈(a)置于最底层,使测量时提离距离变小,方形环形线圈(b)置于中间层,普通方形线圈(c)置于最顶层,使三种线圈在整个装置集成过程中具有合适的提离距离分配,保证三个线圈在被测材料表面产生的涡流都具有较高强度;
第四步,材料弹性常数测量
将集成组装后的阵列磁铁电磁超声(12)经过双工器(7)与终端电阻(8)和脉冲发生器(4)相连接,并通过功率放大器(9)与示波器(10)相连接以显示超声信号,示波器(10)通过USB线(11)与PC端(5)连接采集并存储数据,为减少阵列磁铁电磁超声(12)与脉冲发生器(4)之间失配,阻抗匹配网络(6)连接在阵列磁铁电磁超声(12)与双工器(7)之间;阵列磁铁电磁超声(12)放置在被测材料(13)上方,使阵列磁铁电磁超声(12)激励的超声信号沿板厚方向传播并从板的底部反射,一系列回波信号重新被阵列磁铁电磁超声(12)接收;
超声测量弹性常数通过测量横波与纵波速度来实现;对于多晶金属一般为各向同性材料,用两个弹性常数确定其弹性性能,这两个弹性常数是拉梅常数(λ,μ)或杨氏模量E和泊松比ν,它们与横波和纵波速度的关系是,
式中,cs为横波速度,cl为纵波速度,ρ为材料密度;
为计算超声速度,需测量纵波回波和横波回波的传播时间;然而,根据公式(1)和公式(2),被测材料泊松比接近1/3时,纵波速度约为横波速度的2倍,接收信号中的第二纵波回波和第一横波回波发生重叠现象;因此,纵波回波的传播时间由第一纵波回波和第三纵波回波确定,横波回波的传播时间由第一横波回波和第二横波回波确定;利用纵波回波和横波回波得到传播时间之后,根据被测材料已知板厚计算这两种波型的传播速度,并根据公式(1)和公式(2)计算材料的弹性常数。
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