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超磁致伸缩传感器背衬层参数优化的实验研究.docx
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超磁致伸缩传感器背衬层参数优化的实验研究.docx
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超声导波检测应用中,磁致伸缩材料的伸缩振动并不会随着激励信号的停
止而结束
[1-2,4]
。多余的振动导致激励信号的波包时间被拉长,降低了检测缺陷信
号的信噪比,增大了检测盲区,造成缺陷漏检。为了避免该现象的出现,利用背衬
层材料高衰减、低声阻抗属性吸收磁致伸缩传感器的余振,从而提高信噪比,缩
短检测盲区的时间
[9]
。不同参数的背衬层吸收余振的效果不同,对传感器激励性
能的影响也良莠不齐。因此研究背衬层不同参数的优化,对于提高传感器的激
励性能和检测效率有着重要的意义。
1 背衬 层的 材料 选择 与制 备
1.1 背衬层材料的选择
磁致伸缩传感器为低频导波传感器,低频超声波的能量小且频带窄,为了激
励和接收单模态导波,选用低阻抗、高衰减特性的背衬层。低阻抗减少振动元
件能量的损失,高衰减快速吸收背衬层内部的声能,达到提高灵敏度和信噪比的
目的。试验将采用碳化硅、钨粉、环氧树脂和聚硫橡胶按照一定的比例混合后
试制背衬层。其中碳化硅增加背衬层的声阻抗,钨粉材料吸收振动,环氧树脂作
为粘接剂,聚硫橡胶则用来提高背衬层的声衰减率。
1.2 背衬层的制备
背衬层的试制过程如下,首先模具内外用酒精擦拭干净,将制备材料按一定
比例混合并搅拌均匀,注入到如图 1 所示的模具中。随后将模具置于 35 ℃的
温度下恒温固化 24 h。最后将模具的顶盖和底板分离,取出背衬层,加工成所需
的尺寸,背衬层制备即告完毕。
图 1
图 1 背衬材料制备模具结构图
Figure 1. Structure diagram of backing material preparation mold
2 背衬 层的 试验
2.1 实验平台搭建
按照图 2 所示的实验平台进行试验。平台主要由任意波函数发生器、磁致
伸缩传感器、前置放大器、数字示波器、计算机和标准管道组成。函数发生器
发出激励信号,激励信号传输到激励环传感器。由于磁致伸缩特性,电信号转变
为振动信号。振动信号遇到管道缺陷发生反射,接收环传感器接收回波信号,回
波信号由示波器显示并保存,将保存的波形信号导入计算机中进一步分析。
图 2
图 2 试验系统示意图
Figure 2. Schematic of test system
2.2 背衬层材料声阻抗对传感器激励性 能的影响
背衬层的设计试制中声阻抗是非常重要的参数,背衬层材料的声阻抗 R 可
以表示为
R=ρc
(1)
式中,ρ 表示密度;c 表示声波在材料中的传播速度。
如表 1 所示,4 种不同配比的背衬材料制成同规格的背衬层进行试验,并加
入一组无背衬层试验作为对比。背衬层对传感器的作用在于减小余振及缩短余
振时间 ,因此除了分析回波信号的回波系数 ,还需分析信噪比与盲区时 间,研究
不同声阻抗对激励性能的影响规律。本文选取 100 ~140 kHz 频率段的数据进
行处理,试验结果如图 3 所示。
表 1 4 种不同比例制备的背衬层参数表
Table 1 Backing layer parameters prepared by four proportions
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