用于测厚和裂纹检测的正交横波电磁超声换能器仿真分析及实验研究

垂直入射的横波在测厚时具有较高的灵敏度,但检测裂纹常需采用斜入射方式,单个换能器无法同时进行这两种检测。该文设计了一种正交横波电磁超声换能器（EMAT）,通过两个蝶形线圈在铝板中激发正交偏振的横波,提出在脉冲回波模式下利用两个线圈接收信号的声时信息和幅值差,同时进行测厚、检测裂纹并确定裂纹方向的方法。建立正交偏振EMAT三维有限元模型,对横波声场与裂纹缺陷的相互作用进行仿真,研究线圈间距、裂纹尺寸对正交声场和信号幅值差的影响。仿真和实验结果表明：正交横波EMAT通过一次检测可以同时实现测厚、裂纹检出及裂纹方向定位,为腐蚀减薄和裂纹等缺陷的在线检测提供了新方法。     

电磁超声表面波换能器设计参数仿真

电磁超声换能器(EMAT)的建模仿真是对电磁超声产生和接收的物理过程的认知,通过仿真研究原理、优化设计参数可以有效提高电磁超声换能器的换能效率.为了获得电磁超声表面波换能器的最优参数,总结EMAT设计的基本准则,利用有限元分析软件ANSYS建立EMAT有限元模型,分别对3种不同类型激励线圈进行了仿真,进而分析了偏执磁场...     

基于电磁超声换能器的铁磁材料电磁声发射检测方法

电磁超声换能器(EMAT)因其非接触式的检测特点被广泛应用于无损检测和无损评估中,但如何用其判定裂纹的活性尚未见报道。因电磁声发射技术能够对微细裂纹进行检测并判定其活性,在考虑磁致伸缩效应的基础上,根据EMAT和电磁声发射两种检测方法的原理特性,实现EMAT对铁磁材料的电磁声发射检测。对EMAT进行仿真分析和实验,结合凯瑟效应和声发射理论,给出裂纹活性的判定依据。仿真和实验结果表明,EMAT可在铁磁材料中激发声发射信号,并实现对铁磁材料的损伤评定,为EMAT在实际检测中判定裂纹活性提供了理论和实践指导。     

横波测厚电磁超声换能器的优化设计及试验研究

电磁超声换能器能进行非接触检测,使用方便,但缺点是换能效率低,为了提高横波电磁超声换能器的换能效率,分析电磁超声换能器工作原理,利用COMSOL Multiphysics软件对电磁超声换能器进行三维建模仿真,分析了永磁体不同放置方式和几何尺寸对换能器激励洛伦兹力大小的影响.进一步应用正交试验法对蝶形线圈的几何尺寸参数进...     

基于Halbach阵列电磁超声纵波换能器优化设计

传统电磁超声纵波换能器换能效率低,水平偏置磁场弱且无法被充分利用,导致回波信号幅值小,影响检测结果的准确性.该文应用一种新型纵波换能器,其永磁体磁极方向按照Halbach阵列排布,能够显著增强水平磁场.为提高其回波幅值,利用有限元软件进行建模,分别采用正交试验和均匀试验方法,在考虑线圈匝数的前提下,对换能器参数进行优化.仿真结果表明,降低导线间距、导线宽度和导线高度,将永磁体提离距离固定在合适范围内,均可以增强回波信号;设置合适的激励电流频率,能够使得声衰减和回波幅值处于适中水平,有利于检测.实验结果表明,优化后的换能器相较于优化前回波幅值提高了83％.     

骨架型电磁超声相控阵换能器设计

针对骨架型电磁超声相控阵换能器设计方法不明确、换能效率低的问题,采用有限元建模仿真和实验相结合的技术路线,研究一种骨架型电磁超声相控阵换能器设计方法。建模分析了单通道电磁超声换能器(electromagneticacoustic transducer,EMAT)线圈绕制方式,随着角度增加,线圈采用水平绕制方式产生的声压显著大于垂直绕制方式;分析了在线圈间隔离绕制和重叠绕制2种方式下,电磁超声相控阵声场的变化规律,结果表明重叠绕制方式激发产生的横波幅值明显大于隔离绕制方式。在上述仿真分析的基础上,研制了导线长度为10mm、30匝的骨架型电磁超声相控阵换能器,成功实现了铝板中直径为3mm垂直孔的缺陷检测。     

横波声场中倾斜平面反射特征的研究

与入射波束成一定角度的面状缺陷的声场反射特征和垂直入射时的反射特征不同。通过对横波声场中一系列不同宽度的 ４５°模拟裂纹的反射回波特征进行研究,得出了主波束入射、扩散波束入射时端角反射、面反射、端部反射的声压、声程落点的规律。     

基于正交试验理论的接地扁钢缺陷检测电磁超声换能器优化设计

接地网是保障电力系统运行的重要设施,需要及时地开展接地扁钢的缺陷检测。然而,目前的检测方法在准确性、效率等方面依然存在不足。电磁超声导波检测方法可以在不开挖的条件下,利用非接触的优势实现地网的检测,具有一定的优势。本文针对接地扁钢,设计简易有效的电磁超声SH导波换能器,并分析换能过程中的多物理场耦合机理,在COMSOL Multiphysics中开展有限元建模和仿真。为了优化换能器,根据正交试验理论,进行多因素多水平分析,获得5个参数对导波激励的影响规律以及最优参数组合。进一步,搭建扁钢检测系统,开展SH导波实验,结果表明：相比于正交试验表中的效果最好的前两个参数组合,最优参数组合的换能器性能在导波幅度上分别提升了14.0%和28.6%。     

用于电磁超声铝板检测的脉冲电磁铁

电磁超声换能器是一种新型超声波发射和接收装置。通过建模、有限元分析、电路仿真等多种方法,设计了一种结构简单、实用性强的用于电磁超声铝板检测的脉冲电磁铁。该脉冲电磁铁由脉冲电流激励,工作时瞬间建立较强磁场,工作结束后磁场迅速消失,从而使电磁超声装置的体积、重量显著降低。最后,结合铝板厚度测量实验,验证了脉冲电磁铁设计方法的有效性。     

电磁超声特征信号检测系统的设计

针对电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)转换效率低、信号微弱、信噪比低的问题,设计开发了包括电磁超声换能器在内的,由低噪前置放大器、宽带接收器以及基于虚拟仪器的正交锁相放大等构成的电磁超声检测系统。对比了传统EMAT结构与新的EMAT结构磁通密度的不同,通过提高偏置磁场的强度提高EMAT的换能效率;分析了前置放大器、宽带接收器、电磁超声换能器的频率响应特性;研究了相敏检波器中低通滤波器的阶数、滤波器类型以及截止频率对电磁超声回波信号检测的影响,并对铝板进行了缺陷检测实验。实验结果表明:该系统能够实现电磁超声信号的实时采集、分析和存储,同时能够提高信号的信噪比和分辨率。     

电磁超声扫描装置及其控制系统的设计

电磁超声技术可以在无需耦合介质和无需对试件预处理的情况下对高温、高速、表面粗糙等恶劣条件下的试件进行非接触检测。本文设计了电磁超声扫描装置,探头可以在x、y方向上进行步进扫描,同时可以调节探头的高度,达到了控制探头扫描轨迹的目的。为了扫描装置能够对被测试件进行快速准确地跟踪扫查,本文设计了基于单片机的步进电机控制系统,可以对探头的扫描速度、扫描方向进行实时地调节,实现了探头匀速扫描,并采用阶梯升速法精确地控制步进电机的直线移动距离,从而实现了对探头的定位。     

基于Barker码脉冲压缩技术的钢板多阵元Lamb波电磁超声换能器设计与优化

为了解决传统Barker码脉冲压缩技术受脉冲功率放大器额定参数（占空比,最大脉冲宽度等）限制而导致的脉冲压缩效果下降、检测速度降低等问题,提出一种基于Barker码脉冲压缩技术的多阵元Lamb波电磁超声换能器（EMAT）。建立了基于tone-burst信号激励-Barker码脉冲压缩技术的多阵元Lamb波EMAT检测过程的有限元模型,分析了永磁体的配置形式、阵元序列长度、激励信号周期数、曲折线圈匝数等因素对脉冲压缩后的主旁瓣比和主瓣宽度的影响,并进行了实验验证。结果表明：曲折线圈匝数为4和Barker码序列长度为13位的多阵元EMAT在配置3对外置永磁体后,其信噪比（SNR）可提高9.8 dB。综合考虑检测回波的空间分辨率和SNR,多阵元Lamb波EMAT最佳参数为：曲折线圈匝数为10、激励信号周期数为11、Barker序列为13位,并配置3对外置永磁体。     

一种新型窄磁铁聚焦式电磁超声表面波换能器EI北大核心CSCD

窄磁铁电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)利用较强的边缘磁场能够在铝板中激发出比常规EMAT幅值更大的超声波信号,但是窄磁铁磁场会导致激发的波形发生畸变,从而影响超声检测的可靠性。该文设计出一种新型窄磁铁聚焦式表面波EMAT,不仅修正窄磁铁磁场引起的波形畸变,而且使得激发的表面波幅值得到有效提升。首先,考虑磁场、相位、洛伦兹力贡献度等因素,推导出窄磁铁EMAT激励超声的合成公式,并通过并联分裂导线排布实现对波形畸变和频率偏移的修正。其次,研究磁铁与线圈尺寸参数对换能器激励效率的影响,并通过三维仿真对超声传播特性和聚焦效果进行分析。最后,制备窄磁铁聚焦式EMAT并进行表面波激励实验,结果表明:该文设计的表面波EMAT不仅实现对窄磁铁磁场引起的波形畸变的修正,而且同等磁通密度下激发的表面波信号时域幅值比常规EMAT提高55.92%,频域基频幅值提升69.7%,这为电磁超声表面波换能效率的提升及缺陷检测信号的有效提取提供新方法。     

超声波相控阵技术原理及特点

介绍超声波相控阵技术的原理,分析该技术的独特优势,即:对工件的检测更具针对性,可以明显提高缺陷检出率及检测速度。同时展望了该技术在无损检测领域广阔的应用前景。     

电磁超声技术在变电站GIS管道裂纹检测中的应用研究

研究了利用电磁超声导波来检测GIS管道裂纹缺陷,设计了电磁超声换能器并进行了裂纹检测实验研究.实验结果表明,该方法可以有效检测GIS管道的裂纹缺陷,是一种有前景的GIS管道裂纹检测方法.     

基于UltraVision仿真技术的小径管超声相控阵检测工艺分析

根据超声相控阵检测原理,利用UltraVision软件对火电厂锅炉小径管对接焊缝进行超声相控阵检测仿真试验分析,主要包括声束覆盖范围和聚焦声束分布仿真.仿真试验结果表明:通过声束覆盖范围仿真,可以对超声相控阵声束可达性和覆盖范围进行模拟,对检测工艺适用性进行验证和优化;通过聚焦声束分布仿真,可以明确声束焦点在被检小径管...     

超声换能器电阻抗特性研究

为了研究超声换能器在发射和接收超声信号时电阻抗的特性,对超声检测系统中的超声信号发射和接收过程进行建模分析,研究了电缆特性对换能器电阻抗的影响,推导了换能器在发射和接收超声信号时电阻抗的计算公式和考虑电缆特性时的电阻抗计算公式,研究了换能器在发射和接收超声信号时电阻抗的关系。分析和实验表明,电缆特性对换能器电阻抗有很大影响;换能器在发射和接收超声信号时的电阻抗相等。     

电磁超声换能器金属缺陷探测有限元仿真研究

分析了电磁超声换能器（eectromagnetic acoustic transducer ,EMAT）超声波发生、接受过程及导体缺陷检测的原理,然后基于电磁学理论和有限元技术,建立了一个可用于导电体内部缺陷探测的二维EMAT有限元模型。通过细分单元网格技术和理论与仿真结果对照验证了模型的准确性。最后仿真结果表明：仿真模型可以检测出铝和钢铁两种材质板中不同位置的内部缺陷,且对铝材质内部的缺陷探测更加有效。