电磁超声表面波换能器发射过程的精确建模与分析

针对具有曲折线圈结构的电磁超声表面波换能器模型精度较低问题,以铝合金板材表层缺陷检测为背景,在考虑交变磁场影响前提下,通过将有限元方法与解析法相结合,建立了一个精确描述电磁超声表面波换能器发射过程的三维模型。仿真分析表明,换能器在发射过程中产生的交变磁场可激发出两倍频率成分的表面波;该表面波分量能够有效提高换能器的缺陷敏感度;增加发射电流、降低提离距离均可显著增强该分量。试验验证了所建模型的有效性和精确性。     

电磁超声表面波探伤技术

针对金属板材表面大范围的健康监测问题,进行了电磁表面波的研究。设计了基于电磁超声原理表面波探伤系统,其主要由激励、接收和换能器组成。由表面波的特性,推导出了表面波的激发频率,线圈采用反复绕制的回折线圈,其优点是增大单位面积的电流。激励采用推挽式功率放大,接收采用二级放大。在长600mm、宽300mm、厚30mm铝板上进行试验,实验结果表明利用一发一收的换能器模式能够检测铝板表面的缺陷,达到了对铝板表面探伤的效果。     

静态偏置磁场对铁磁材料电磁超声换能器信噪比的影响

电磁超声换能器的信噪比低,严重限制了电磁超声技术的进一步发展。为解决这一问题,分析了影响电磁超声换能器信噪比的关键因素——静态偏置磁场。以麦克斯韦方程组和波动方程为理论基础,建立了铁磁材料电磁超声换能器数值模拟方法并开发了相应的程序,探究了静态偏置磁场强度对电磁超声换能器的影响。结果表明:随着静态偏置磁场强度的增大,磁致伸缩体力逐渐减小,而洛伦兹力一直增加;永磁体厚度的增大,使回波信号幅值逐渐减弱,但趋于稳定。     

电磁超声表面波的铝板检测技术

针对电磁超声换能器激发导波多模态的问题,研究了单极性磁钢作用下具有曲折线圈结构的EMAT在铝板中的工作机理,以及固定激发频率下曲折线圈间距对该EMAT激发导波多模态的影响。利用ANSYS有限元软件对不同线圈间距的电磁超声换能器进行仿真,分析质点所受洛伦兹力。只改变线圈间距的情况下在铝板上对1.5mm、3mm、5mm三种间距的曲折线圈进行对比实验。实验结果表明线圈间距小于1.5mm时,换能器在铝板上激发出的表面波现象增强。     

基于电磁超声表面波的钢轨在线探伤装置

针对目前普遍采用的压电超声式钢轨在线探伤装置存在探伤速度有限,难以检测钢轨表面缺陷的缺点,设计了一种基于电磁超声表面波的钢轨探伤装置。该装置采用透反结合的方式,通过两种频率的电磁超声表面波进行钢轨在线探伤;通过电磁超声大功率发射和低噪声接收电路完成超声波的发射和接收;采用基于FPGA(现场可编程门陈列,Field Programmable Gata Array)和ARM(Advance RISC Machinec)硬件架构,实现装置的控制、数据采集、存储等功能;通过上位机对探伤数据进行处理、显示。试验表明,装置能够有效检测出钢轨轨头核伤、人工加工缺陷等,具有无需声耦合剂、检测精度高、速度快的特点。     

ASTM E816-96利用电磁声换能器(EMAT)技术进行超声检查的标准方法

1　范围1 .1　本标准规定了利用电磁声换能器 ( EMAT)进行特定的超声波检测的工艺规程和方法。推荐利用EMAT技术进行表面检测、整体检测和测厚的特定应用。1 .2　本标准方法为利用电磁声换能器能产生和接收超声波信息进行可靠的能再生的超声波整体检测和测厚提供了技术细节和指导方针。在这一点上 ,EMAT技术可以作为一种基础性技术为各种元件的适用性和生产的过程控制提供无损评估办法。1 .3　本标准方法包含了一些非接触性检测方法 ,这些方法是利用电磁场产生连续不断的超声波能量进入到样品中去的方法进行检测的。常用到的波形有表面…     

多通道体导一体电磁超声换能器的优化设计

为了减少多通道电磁超声换能器的磁铁数量,提高检测信号的信噪比,提出了一种组合型磁铁结构EMAT(电磁超声换能器),使用该EMAT可以在一次检测过程中完成超声测厚、轴向导波和周向导波扫查。通过仿真优化了换能器结构设计,分析了其结构参数对磁场强度的影响。设计换能器并搭建试验平台,验证了模型结构的正确性。与传统换能器的励磁效果相比,该换能器在工件近表面产生的磁场强度较大,可以在一次检测中同时完成测厚与轴向和周向两个方向的导波扫查;测厚信号的信噪比提升了2 dB,导波信号的信噪比提升了19.5%,检测效率得到提高。     

基于电磁超声表面波干涉增强的钢板表面检测

电磁超声检测在具有非接触优势的同时,存在换能效率低、信号噪声大的不足。利用电磁超声无需耦合剂对声波传播无干扰的特点,研究了基于声波干涉增强的钢板表面缺陷超声检测方法。在制作了一种用于扫查检测的电磁超声表面波传感器的基础上,搭建了相应的试验平台,对钢板表面人工刻槽进行了检测。试验结果表明:当传感器与刻槽满足一定的位置关系时,超声信号将增强10%~20%。利用此现象进行缺陷评判,可避免分析相对较弱的缺陷回波,为电磁超声检测技术的应用提供了一种新方法。     

基于S构型内检式EMAT的管道裂纹电磁超声螺旋导波定量检测

为了解决传统轴向导波对管道斜向裂纹检测灵敏度低的缺点,基于电磁超声螺旋导波检测机理,提出了一种适用于管道斜向裂纹检测的S构型内检式EMAT(电磁超声换能器)。针对所提换能器,建立金属管道电磁超声螺旋导波检测有限元模型,探究不同螺旋角螺旋导波在管道上的传播过程和回波信号特征。搭建了电磁超声螺旋导波检测试验系统,采用所提EMAT和L(0,2)轴向导波EMAT对斜向裂纹进行检测。试验结果表明,S构型内检式EMAT对于斜向裂纹具有更高的检测灵敏度,对于裂纹的高分辨率检测具有重要意义。     

用于无损检测的电磁超声换能器研究进展

电磁超声换能器(EMAT)是一种通过电磁耦合方法产生和接收超声波的换能器。由于EMAT具有非接触性、无需耦合剂等优点,受到广大无损检测与评估工作者的广泛关注。从物理原理出发,介绍了EMAT过程数学建模、装置设计以及工程应用等方面的研究现状,并对其发展趋势作出了展望。     

确定电磁超声换能器钢管检测最佳磁化强度的试验研究

由于电磁超声换能器检测钢管缺陷时,其磁场强度影响超声波幅值,进而影响检测灵敏度。为此设计了确定最佳磁化强度的试验方案,通过试验得到超声波幅值随电磁场激励电流的变化曲线。确定了最佳磁化强度时的激励电流。     

电磁超声换能器的微弱信号检测

电磁超声换能器的换能效率很低,得到的接收信号十分微弱。为了改善接收信号质量,采用了基于谐振理论的选频放大技术、基于互相关理论的锁相放大技术以及平均技术3种方法对电磁超声接收信号进行处理。实验表明,所设计的选频放大电路和锁相放大电路均能将微弱的电磁超声接收信号从强噪声背景中分离,而平均技术则能够有效改善接收信号的信噪比。最后给出了电磁超声系统联调的实验波形,并对3种检测技术的优缺点进行了分析。     

基于MATLAB的超声换能器声场特性仿真及可视化研究

目前利用声场的虚拟扫描数据进行可视化研究以及通过可视化数据进行参数测量的研究较少。基于MATLAB软件通过APP Designer开发出新的超声声场可视化软件,设计出声轴线上的声场分布仿真和声轴横截面上的声压仿真两类仿真试验,验证了所开发仿真软件在同一介质中换能器频率不同和半径不同情况下的声场变化,以及不同介质中使用固定频率和半径的换能器时的声场变化。试验结果表明,开发的软件在超声声场仿真模拟方面具有可靠性。     

三种基于夹心换能器驱动的球形超声马达设计

文章在换能器设计理论基础上利用有限元方法对夹心换能器进行了优化设计,通过改变前端变幅杆的长度、底座高度以及前端厚度的几何参数进行分析,得到了换能器前端变幅杆几何参数与换能器性能之间的关系,变幅杆的长度与换能器固有频率成反比,与振幅成正比,变幅杆的底座高度和前端厚度与固有频率和振幅放大系数皆成反比.以夹心换能器为驱动,提出三种新型多自由度球型马达结构设计,分别介绍了三种马达结构,分析了驱动原理和运动轨迹的实现,对比了相互之间的优缺点.对四换能器球形马达进行了样机试验,实际工作频率为33.300kHz,在驱动电压110V时,最大输出力矩为0.13Nm,最高转速可达46r/min.     

夹心式换能器设计中节面位置的选择与分析

夹心式压电换能器是功率超声加工系统的重要组成部分,在其设计过程中,不同的节面位置选择会对换能器的尺寸和性能参数产生不同的影响,同时,对整个功率加工系统也产生影响.针对3种节面位置进行分析,得出其在换能器尺寸、前后振速比和有效机电耦合系数方面的3种特殊位置公式,并进行对比分析,为换能器设计初期进行节面位置选择提供了一定的依据.     

一种用于焊接结构多帧满秩成像检测的超声SH导波换能器

超声水平剪切(shear horizontal, SH)导波换能器在对焊接板结构进行缺陷检测时具有重要的应用价值. 为了研制换能器以对焊接结构进行多帧满秩成像检测, 运用导波半波长理论对超声SH导波的激发和换能器内部多重散射回波进行了分析.根据多重散射理论推导了匹配层介质颗粒密度与衰减的关系, 确定匹配层的组分. 提出3种V型斜楔结构, 对平面型前楔结构换能器和非平面型前楔结构换能器内部的多重散射回波进行对比试验. 结果表明,正交前楔结构换能器内部二重以上散射回波幅值减小了45%以上. 对正交前楔结构换能器进行性能测试, 其所激发的SH导波对焊接结构板中尺寸当量为?12 mm的缺陷回波信号信噪比达到了14.5 dB,具有较为优异的检测能力. 试验验证了理论分析的有效性, 所研制的正交前楔结构超声SH导波换能器可对焊接结构板中与波长尺寸当量的缺陷进行多帧满秩成像检测.     

基于BP神经网络的数控超声加工性能研究

采用正交试验方法对数控超声加工效率进行了分析,建立了数控超声加工效率BP神经网络模型,并对所建模型进行了仿真验证.验证结果表明,该模型预测的工艺参数"加工效率"与实测值具有很好的拟合关系,在此基础上拓宽了各因素水平的取值,利用神经网络的非线性映射能力仿真了各参数对加工效率的影响.     

基于正交试验工程车辆油气悬挂优化设计建模分析

油气悬挂因为结构简单且具有良好的非线性变刚度和变阻尼特性,其应用非常广泛。根据单气室油气悬挂的结构特点对其进行参数化,利用四分之一车辆振动系统进行试验设计分析,确定对车辆振动性能影响最大的结构参数和结构参数之间的组合;进行结构性能参数优化分析,分析车辆振动性能达到最优时,结构参数的分布情况和分布规律。利用正交试验法对油气悬挂设计参数进行优化,同时结合油气悬挂数学模型,提出利用活塞和阻尼孔与活塞杆直径之比、单向阀当量直径与阻尼孔直径之比等3个参数来简化设计过程。分析油气悬挂参数对车辆行驶平顺性和操作安全性的影响趋势和以影响程度为衡量标准的影响顺序,从而确定主要因素和相对次要因素,对油气悬挂进行参数优化。从分析结果可知:悬架的初始位置对油气悬挂性能影响最大,其次为活塞与活塞杆直径之比;设计变量对目标的影响大小依次为:x_0λ_1τ_2τ_1d;在悬挂设计过程中,λ_1与τ_1能取值使得目标函数值达到最小,d与τ_2则需要在其对目标函数的影响趋势下根据实际约束条件选取;优化后,系统性能有较大改善。     

旋转涡旋管分离器分离效率数值分析

对一种具有可旋转叶片的新型旋转涡旋管分离器性能进行数值模拟,分析该涡旋管分离器颗粒大小、叶片数、出口压力、叶片转速4个参数对分离器分离效率的影响.通过正交试验设计方法和ANSYS Fluent软件进行数值计算,仿真结果研究表明,涡旋管分离器设计参数对分离效率影响从大到小依次为颗粒大小、叶片数、出口压力、叶片转速.该旋转...