刀型Terfenol-D傳感器激勵(lì)線圈對激勵(lì)效果的影響

姜銀方，陳 波，雷玉蘭，郭永強(qiáng)，劉 兵,匡泓錦，蔣俊俊

(1.江蘇大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2江蘇省特種設(shè)備安全監(jiān)督檢驗(yàn)研究院 鎮(zhèn)江分院，江蘇 鎮(zhèn)江 212009)

目前用于超聲導(dǎo)波管道檢測最常見的傳感器為壓電式，其敏感元件材料PZT的機(jī)電耦合系數(shù)較低、能量轉(zhuǎn)化效率較差限制了檢測距離，而超磁致伸縮材料Terfenol-D 具有較大的機(jī)電耦合系數(shù)和能量轉(zhuǎn)化效率[1-8]。所以需要研制磁致伸縮式傳感器來提高檢測距離尤為重要。

傳統(tǒng)的超磁致伸縮傳感器采用棒狀或長方體狀的Terfenol-D作為敏感元件[9]，其驅(qū)動(dòng)磁場的設(shè)計(jì)可按照螺線管的磁場規(guī)律。但本文設(shè)計(jì)的Terfenol-D傳感器是用于管道無損檢測，故傳統(tǒng)的棒狀或長方體狀無法實(shí)現(xiàn)與管道任意表面耦合，因此，需要設(shè)計(jì)一種特殊結(jié)構(gòu)類似于刀型Terfenol-D傳感器[10-12]。本文通過試驗(yàn)來研究激勵(lì)線圈的線徑和線圈匝數(shù)與刀型Terfenol-D傳感器激勵(lì)回波系數(shù)的關(guān)系，確定最佳的激勵(lì)線圈參數(shù)。為將來磁致伸縮式傳感器的優(yōu)化提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)系統(tǒng)

超磁致伸縮材料的磁伸應(yīng)變通常與磁場的方向無關(guān)，而只與大小有關(guān)[13]；為了研究激勵(lì)線圈參數(shù)對刀型Terfenol-D傳感器的激勵(lì)效果影響，本文線圈選用漆包銅線繞制，如圖1所示。

圖1 激勵(lì)線圈結(jié)構(gòu)簡圖

回波反射系數(shù)[14]是評價(jià)傳感器性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它反映了傳感器的振動(dòng)幅值及衰減率，回波系數(shù)可由下式表示

(1)

式(1)中，Ad表示缺陷幅值；A0表示激勵(lì)波幅值。

圖2(a)所示為檢測的系統(tǒng)示意圖，包括：計(jì)算機(jī)、前置放大器、任意波發(fā)生器、示波器、壓電陶瓷(PZT-5)、Terfenol-D、試驗(yàn)管道、502膠水、砂紙等。……