双十科技关于非接触式换能器

Date:2022/8/22 8:02:29 / Read: / Source:本站

双十科技关于非接触式换能器
    由于接触式换能器中液态m合剂的存在带来的一系列问题,因此人们一直孜
孜以求非接触式的方法来产生和接收超声。空气m合式超声波换能器主要是从传
统的压电陶瓷超声换能器出发,通过增加m合层的方法,制作适应以空气做介质
的换能器。采用低特性声阻抗、低衰减率、具有足够机械Q值的藕合材料,比如聚
醚矾(Polvethesulfone)和尼龙(Nylon)等,将其加工成厚度合适的薄膜藕合层,
并将其应用到压电陶瓷制作的超声波换能器上。目前在商品化产品中占大多数的
空气藕合声换能器是1-3连接结构的压电陶瓷复合晶片换能器结构,这种结构能减
小传感器材料阻抗,具有更高的效率和更好的藕合性能。但是,由于空气与金属
材料往返透射率极小(10-'),因此无法使用传统接触式超声常用的脉冲反射法检
测,发射探头和接收探头必须为专用探头。另外,超声波在空气中衰减剧烈,目
前主要在上限为1MH:的低频率领域使用。当然,从另一个方面讲,可以使用空气
m合式低频超声波检测传统超声波检测困难的材料,如软质材料、高衰减材料等
不能用m合剂和水等做介质的材料,所以也可以说空气m合超声波是对传统超声
波(指一般的接触式检测或水浸检测方法)不能检测领域的补充。
    另一种常见的非接触式传感器是电磁声换能器(Electromagnetic Acoustic
Transducer, EMAT),洛仑兹力式EMAT的基本原理是通有高频电流的线圈放置
在金属物体附近,金属物体表层产生感生电流,若在同一时间施加一强磁场,与
涡流相互作用后产生交变洛仑兹力。金属原子在交变洛仑兹力的作用下产生往复
振动,当振动以一定方式传播出去就可以产生超声波。该过程的逆效应过程就是
利用EMAT接收超声的原理。铁磁材料中EMAT产生超声的藕合机理还有磁致伸
缩力和磁化力等。通过改变外加偏转磁场的大小和方向、高频电流的大小和频
率、线圈的形状和尺寸可以控制EMAT产生超声的类型、强弱、频率及传播方向等
参数。EMAT可以克服接触式换能器中藕合剂所带来的一系列问题,可以做到非接
触,具有不需要藕合介质、可应用于自动、高速检测、高温状态检测等特点。但
EMAT也有其局限性。首先EMAT的工作原理决定了它只能用于导电样品或者样品
具有导电表面层。其次,EMAT也有共振和带宽的问题,其灵敏度要比压电系统低
得多。电磁声换能器中感应线圈的阻抗随着频率的增大而增大,因此要得到几
MH:以上的高频换能器相对比较困难。另外,与接触式换能器一样,ENIAT换能器
由于尺寸限制,其空间分辨率要做到毫米及以下量级比较困难,而且很难在一些
空间受限的结构中使用。光学方法是另一种非接触式的超声激发和探测方法。虽
然在超声场的探测和可视方面,条纹照相技术先于激光在超声学中得到应用,但
是激光的出现却使超声的激发、探测技术和应用得到了全新的发展。正如我们在
本章1.3节中所列的那样,激光激发和探测超声可以克服上面所述的绝大部分缺
点,因此,虽然要比传统的换能器代价昂贵且使用复杂,激光超声的研究还是受
到越来越多的重视,某些应用研究已经逐渐开始从实验室走向工业应用,比如航
空工业中的聚合物基复合材料检测、钢管厚度在线检测等。

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