周向一致兰姆波电磁超声换能器设计与实现

针对板结构大范围健康检测问题,进行了周向一致兰姆波电磁超声换能器研制。基于电磁超声检测原理,建立板中周向一致兰姆波EMAT的理论模型,推导出换能器接收电压及等效灵敏度表达式。基于换能器结构参数与等效灵敏度关系,设计制作了7种类型的周向一致电磁兰姆波换能器,并进行了换能器阻抗匹配设计。通过实验和理论分析表明,设计的EMAT能有效激励单一模态S0兰姆波,对特定波长的兰姆波具有选择性,且其实测换能器中心频率与设计值能很好吻合。同时,在同一频率下,实验测得不同内外径比的换能器其灵敏度分布与理论曲线能很好吻合。检测实验证明,设计的换能器能在其周围360°方向具有很好的一致性,为后续板结构换能器阵列奠定了基础。     

金属小径管损伤电磁超声导波检测的高效混合仿真方法及导波换能器可行性研究

金属小径管广泛应用于航空航天、化工等工程领域关键结构中,对其进行定期无损检测至关重要。作为一种先进电磁无损检测方法,电磁超声导波检测在金属小径管损伤定量评估中具有优势。目前,金属管道缺陷电磁超声导波检测的仿真主要采用有限元等数值模拟方法,涉及电磁场和结构场计算。然而,电磁超声导波检测通常采用激励电流的频率为几百千赫兹,在管道中激发的涡流趋肤深度极小,导致仿真需大量网格进行求解域剖分以确保仿真精度,检测信号计算时间较长。鉴于此,提出一种集成解析法和有限元法的金属小径管缺陷电磁超声导波检测混合仿真方法,采用解析法求解电磁场相关场量,将所求洛伦兹力导入有限元仿真中求解结构场,实现电磁场量和结构场量的快速计算,高效求取检测信号,对金属小径管缺陷定位时,精度高达约98%。在通过全有限元仿真验证所提混合仿真方法正确性的基础上,结合系列仿真和试验研究,对所提导波换能器激发的超声导波模态进行了识别,对该换能器在金属小径管损伤检测和定位方面进行了可行性验证。     

电磁超声换能器的阻抗测试方法研究

电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)由于其诸多的优点,逐渐被无损检测界所采用。设计其相应的电路对换能器的特性应有足够的认识。介绍了一种简单的EMAT阻抗测试方法,它无需用高质量的阻抗测量仪,就可测得EMAT的电抗(感抗或容抗)和电阻。     

电磁超声换能器的研究进展综述

电磁超声换能器是一种新型的超声波发射接收装置。因为无需与被测物接触，EMAT将传统的超声无损检测技术扩展到了高温、高速和在线检测中；同时，由于能够省略对被测物表面较为繁琐的预处理工作，EMAT显著提高了检测效率。目前，在充分发挥电磁超声自身优势的基础上，通过与其他新技术相结合、并应用多种新的建模和信号处理方法，EMAT的功能已变得日益强大。以近十几年的文献为基础，从EMAT装置的设计与优化、EMAT模型的建立、EMAT接收信号的处理、电磁超声技术的工程应用几方面对EMAT的研究现状和最新发展进行了综述。     

基于磁致伸缩效应的管道纵向超声导波检测传感器

研制了一种用于工业管道和海洋平台结构检测的纵向超声导波传感器,分析了纵向超声导波传感器的工作原理——磁致伸缩效应及逆效应,讨论了传感器结构设计及结构参数的选择方法。该传感器具有灵敏度和检测效率高、非接触检测和结构简单等主要特点,可广泛应用于各种工业管道、海洋平台结构、杆件、钢丝绳等构件的裂纹、腐蚀或者断丝等缺陷的检测。     

基于电磁超声导波的铝合金板材缺陷自动检测装置

针对目前国内外普遍采用的压电超声技术在铝合金板材检测中的不足,研制了基于电磁超声导波的铝合金板材自动检测装置.设计了激发和接收导波的电磁超声换能器(EMAT),由FPGA完成电磁超声发射接收电路控制和数据采集.利用LabWindows CVI软件编写上位机程序,通过USB总线实现FPGA与上位机的数据交换,并在上位机完成数据分析和处理.研制了机械装置控制探头在铝合金板材表面折线形运动,实现整个铝合金板材缺陷的检测,并为板材在线检测装置的研制打下基础.基于电磁超声导波的铝合金板材缺陷自动检测装置,可对厚度为10 mm以下的整个铝合金板材进行快速检测,并能在上位机实现缺陷的自动判别.     

基于Ansys的超声导波污垢管道振动特性研究

由于污垢在换热设备内积聚对设备的安全、经济运行产生了极大的影响,对换热设备产生的污垢快速、准确的检测尤为重要。利用Ansys有限元仿真软件分别建立空管道及污垢管道模型,研究超声导波在管道中传播的振动特性及波源对污垢检测的影响。研究得到了管道污垢超声检测的最佳激发频率及周期。与污垢管道实验研究相比较,结果表明:中心频率为1 MHz,周期为10的激励信号激发的L(0,3)模态导波适于外直径25 mm,壁厚3 mm的304钢管污垢检测。检测结果与数值模拟结果基本吻合,仿真所得到的导波模态及最佳激发频率可直接应用于实际检测中,研究结果为实现管道污垢厚度检测奠定基础。     

电磁超声及其应用

本文从电磁超声换能器的理论入手，说明电磁超声的原理，通过电磁超声换能器的波模不同组合，进一步阐明电磁超声技术的特点和优越性，同时介绍了电磁超声在无损检测中的应用情况以及长春试验机研究所研制的ＣＳＳ－１３３高温电磁声测厚仪。     

基于ARM和Linux的超声导波管道检测系统

针对目前我国基于嵌入式的超声导波管道检测仪器稀少的现状,提出了一种基于ARM9的管道超声导波检测系统的设计方法,进行了硬件的设计、驱动程序和应用程序的开发.硬件部分采用模块化设计,便于开发过程中的测试和后续的开发.使用基于ARM920T架构的微处理器S3C2440A作为系统的硬件平台,选用Linux2.6.30版本的操作系统内核,应用程序使用Qt/Embedded4.5编写.实验表明,系统各部分运行正常,能发射超声导波窄带激励信号,可以对信号进行放大、采样和显示,实现了系统设计的功能要求.     

电磁超声兰姆波的无损探伤技术

针对金属薄板的缺陷检测问题,进行了电磁超声兰姆波无损探伤技术的研究。基于兰姆波的频散特性,推导出了兰姆波各模式相(群)速度关于线圈间距、频厚积及激励频率的表达式,确定了电磁超声换能器的结构参数。设计了一种DDS与FPGA相结合,产生串码、频率可调的脉冲激励信号串发生电路,利用H桥放大电路对激励信号进行了升压处理,并对激励线圈进行了阻抗匹配。试验结论表明:永磁铁与激励线圈的不同组合形式可以分别在铁磁性和非铁磁性金属薄板中激发出兰姆波。研制的功率放大电路及信号处理电路能够在金属薄板中激发出高性能的兰姆波并实现稳定接收,具有较高的信噪比,能够实现对金属薄板的无损探伤。     

基于模态声发射和小波变换的薄板中导波传播特性的实验研究

基于小波变换和模态声发射理论。通过声发射实验的方法确定了薄板中导波传播的弥散特性。通过分析声发射信号的Gabor小波变换幅度在时频空间分布特点，确定某一频率下某一模态导波到达传感器的时间，从而确定该频率下该模态导波的群速度，进而确定其弥散曲线。实验确定薄板弥散曲线与理论计算曲线较好吻合，证明小波变换是分析弥散波时频特性的有效工具。     

地脚螺栓相控阵柱面超声导波换能器的设计及应用

设计了一种用于地脚螺栓缺陷检测及腐蚀评估的相控阵超声导波换能器,通过对换能器阵列型式、阵元个数、频率、晶片尺寸的合理设计,可以有效避免螺纹反射回波的干扰,提高信噪比和缺陷检测结果的可靠性,并通过检测案例进行了验证.     

厚壁铝管斜入射线聚焦垂直剪切波电磁超声探头设计

为将斜入射线聚焦垂直剪切(SV)波用于厚壁铝管缺陷探伤,提出了用于激励SV波的曲面曲折线圈优化设计方法.以不同曲率工件为检测对象,研究了以平面、平面弯曲及优化曲面的曲折线圈为主要元件的三种仿真模型,结果表明,优化曲面的曲折线圈在大曲率工件中的改进效果最为明显,其指向性精度最高可提高14.53％,探伤幅值最大可增强37....     

管道内压力对纵模导波传播特性的影响

工程应用中的管道内部往往存在一定的介质,这些介质会对管内壁产生一定的压力,研究超声导波技术对管道进行检测时,介质产生的压力对超声导波传播特性的影响非常重要。采用数值模拟方法研究了管道内液体介质压力对超声导波传播的影响,分析了不同激励频率和不同介质压力时的导波衰减特性,并搭建了压力管道实验系统。实验结果表明,超声导波在管道内传播时传播速度不随管内压力的变化而变化。     

AlN超声换能器声场的仿真分析

超声换能器声场性能是换能器优劣的一个重要指标,对声场中的一系列理论进行了分析推导,分别对换能器声场进行频域和瞬态分析。频域分析中研究了声压、声压级随频率变化规律、油液区域中声场的分布、衰减的问题。瞬态分析中展示了声波在油液域的传播过程,对比了声信号在换能器两侧的传播,分析声波在各个反射界面的强度变化。结果与理论分析一致性较好,为后续利用设计制作换能器提供一定的依据。     

基于小波包与相关性分析的电磁导波信号处理

电磁导波信号可以克服其他无损检测方法的不足,可对钢管进行长距离检测。但是导波信号在系统的测量中难免会不同程度地受到随机噪声的污染,文章使用小波包对采集到的信号进行滤波。在此基础上,分析了管路上有损伤后信号变化与无损伤时信号的相关性。     

低阶扭转模态电磁声阵列传感器研制及其在厚壁小径管中的试验研究

管道检测是发电厂热力设备安全的重要问题,由于高温以及检测区域的限制,常规无损检测方法很难满足电站管道检测要求。低阶扭转T(0,1)模态导波,由于其非频散特性,对管道缺陷大范围检测十分有效。为在管道中实现非接触激励T(0,1)模态,设计并研制了一种电磁声阵列传感器。利用所研制的电磁声阵列传感器,实现了厚壁小径管中T(0,1)模态激励和接收。通过优化电磁声阵列传感器各元件间不同连接方式可知,当各元件并联连接时,不仅提高了所激励信号的能量,还抑制了其它模态产生。同时测试了电磁声阵列传感器的频率特性,并对有周向人工缺陷的样管进行检测。试验结果表明,该电磁声阵列传感器可以实现对样管中周向缺陷的检测与准确定位,为在管道中激励接收T(0,1)模态并实现非接触检测缺陷奠定了基础。     

基于微磁特性的球化质量电磁无损检测

针对传统转向节球化质量检测法存在时间长、效率低和操作复杂等问题,对基于初始磁导率法的球化质量无损检测系统进行了研究;通过对铁磁性材料微磁特性的分析,提出了一种基于初始磁导率的电磁无损检测方法;基于电磁场理论和基本方程组,建立了输出感应电压与激励源及磁路参数的数学方程,揭示了输出量与输入量之间的内在关联性;设计出了一套球化质量无损检测系统,对检测系统的电磁传感器、硬件电路及软件系统进行了分析,并将该检测系统应用于灰铸铁和球墨铸铁的实验测试。研究结果表明,灰铸铁测试值约为球墨铸铁测试值的70%;该方法能准确判断转向节是否合格,可实现转向节球化质量在线无损检测。