開放磁路式磁致伸縮傳感器原理的實驗研究磁致伸縮導波技術只需單點激勵，即可實現長距離檢測,大大節省了檢測時間。傳統的磁致伸縮縱向導波傳感器是借助銜鐵，使磁鐵、被測構件和銜鐵三者構成閉合磁回路，而檢測線圈則需安裝在位于磁路中的構件部位該結構的傳感器需要在構件中形成均勻的偏置磁場,但對于端部外露很少的構件，如石化行業常用的換熱管，其整體都處于換熱器內，外露在管板端面僅15mm的構件而言，無法在構件上形成閉合的磁路。
本文提出了一種開放磁路式的磁致伸縮導波傳感器，其利用磁鐵在鐵磁性波導管中形成開放磁路的偏置磁場,再利用磁致伸縮效應在波導管中產生導波，然后通過端部將其傳入構件進行檢測，為檢測換熱管等端部外露構件提供了一種可能的方法。此外，相比已有的磁致伸縮傳感器而言，該傳感器可直接用于檢測非鐵磁構件，而無須粘結鐐帶等磁致伸縮材料。因此，提出的開放磁路式磁致伸縮導波傳感器可直接在構件端部進行檢測，無需預緊力,且可直接檢測非鐵磁構件。
1傳感器結構與原理
開放磁路式磁致伸縮導波傳感器的結構主要包括磁鐵、線圈和鐵磁性波導管。磁鐵直接吸附在波導管一端,形成開放磁路，波導管另一端通過聲耦合劑直接耦合到被測構件端部，線圈可細分為繞在波導管外壁的外線圈、第二外線圈和繞在波導管內部的內線圈、第二內線圈。檢測時，外線圈與內線圈串聯作為激勵線圈，第二外線圈與第二內線圈串聯作為接收線圈;反之,亦可。
開放磁路式磁致伸縮導波傳感器的檢測原理如下:磁鐵在波導管中形成開放的軸向靜態偏置磁場.在激勵線圈中通高頻電流，在線圈周圍會產生動態的交變磁場。波導管中的磁致伸縮效應利用的是外線圈內部的動態磁場和內線圈外部的動態磁場，因此，內外線圈需反接串聯才能在波導管中形成方向一致的磁致伸縮應變。根據磁致伸縮效應，波導管在軸向偏置磁場與軸向動態磁場的共同作用下，會產生縱向模態的導波沿波導管傳播，再經傳聲耦合劑耦合到被測構件上，實現導波在被測構件中的傳播傳感器的接收是激勵的逆過程，利用的是逆磁致伸縮效應，被測構件中的回波經傳聲耦合劑耦合到波導管中，當導波經過接收線圈下方時，線圈由于逆磁致伸縮效應會產生感應電勢，從而獲得攜帶被測構件相關信息的回波信號。
2實驗研究
2.1實驗平臺
為驗證開放磁路式磁致伸縮導波傳感器的可行性。用實驗室自研制的非接觸式磁致伸縮導波管道無損檢測系統主機81，將激勵信號送給傳感器中的激勵線圈，傳感器與被測的鋼管構件之間通過聲耦合劑緊密結合。傳感器中的接收線圈接收到的電信號又送入主機進行濾波、放大等處理，然后送入示波器DPO4032進行顯示,示波器數據由USB存儲器保存，可在計算機上進行進一步的分析和處理。
實驗中，開放磁路式磁致伸縮導波傳感器的波導管釆用長25mm,壁厚2.5mm的由25mm低碳鋼管制作。傳感器的靜態偏置磁場由8個外徑25mm、內徑8mm、厚6mm（極化方向）的N42釵鐵硼永磁體提供。線圈釆用中0.21mm的漆包線手工繞制而成。纏繞在外徑19mm,長20mm的塑料管上的內線圈和第二內線圈，匝數為23,寬度為5mm,間隔為5mm。繞有線圈的塑料管插入波導管中，保證內線圈正對外線圈，第二內線圈正對第二外線圈。永磁體吸附在波導管一端，內線圈和第二內線圈的引線穿過塑料管上的通孔，并沿永磁體的孔引出。外線圈和內線圈反向串聯作為激勵線圈，第二外線圈和第二內線圈反向串聯作為接收線圈。將上述的端部磁致伸縮導波傳感器安裝在壁厚2.5mm的中25mm鋼管端部,便可進行檢測。
該實驗的鋼管材料為鐵磁性的低碳鋼,鋼管上有一個05mm的通孔缺陷與一個深度為0.5mm、沿鋼管軸向寬1mm的外壁周向平底刻槽。開放磁路式磁致伸縮導波傳感器的布置磁鐵的S極連接波導管，T表示激勵線圈，R表示接收線圈。釆用2個周期270kHz正弦波作為激勵信號，重復頻率為5Hz。接收信號的放大增益設為40dB,濾波帶寬設為50。
由于接收線圈與激勵線圈距離很近，電磁脈沖信號與通過信號重疊在一起。4為電磁脈沖與通過信號的重疊信號,8為0.5mm深刻槽的回波信號,C為小5mm通孔的回波信號，。為鋼管右端部的回波信號。實驗表明：開放磁路式磁致伸縮導波傳感器可以直接安裝在鋼管端部進行檢測,并能有效檢測鋼管構件中的周向刻槽和通孔缺陷，易于識別。
2.3非鐵磁性不銹鋼鋼管檢測實驗
非鐵磁性不銹鋼的實驗布置，與檢測低碳鋼鋼管的傳感器布置相同。實驗時，由于不銹鋼鋼管為非鐵磁性，傳感器無法直接吸附在鋼管上，因此，需要人為加壓使得傳感器與鋼管緊密接觸。用2個周期270kHz正弦波作為激勵信號，重復頻率為5Hz。接收信號的放大增益設為40dB,濾波帶寬設為50-800kHz,檢測信號為電磁脈沖和通過信號的重疊信號,D為無缺陷鋼管的右端部回波信號。實驗表明：開放磁路式磁致伸縮導波傳感器可以得到明顯的非鐵磁性鋼管端部回波信號。
針對傳統磁致伸縮導波技術檢測換熱管等端部外露構件遇到的難題，本文提出了一種開放磁路式的磁致伸縮導波傳感器。該傳感器的特點是可直接安裝在構件端部進行檢測,不需要形成閉合磁路，且無需將線圈纏繞在被測構件上，具有安裝簡單，重復使用率高的優點。借助波導管的作用，還可將該傳感器應用于非鐵磁性構件檢測。本研究工作為端部外露構件難檢測的技術問題提供了一種新方法，也為非鐵磁性構件的磁致伸縮導波檢測技術奠定了一定基礎。
