电磁超声水平剪切导波的缺陷检测研究进展

超声导波检测技术是新型的无损检测方法之一。水平剪切(SH)导波是超声导波的一种。在板和管结构的检测中，SH导波检测技术占据着越来越重要的位置。电磁声传感器(EMAT)常被用于SH导波的激励或接收。SH-EMAT具有适应性强、效率高的特点，基于SH-EMAT检测技术的应用场景越来越多。以近十几年的相关文献为基础，介绍了SH-EMAT设计以及SH导波缺陷检测技术的研究现状和进展，提供了SH导波检测在不同应用背景下的传感器选择，总结了不同频率SH导波的检测能力，分析了不同SH导波检测技术的优缺点。同时还对电磁超声水平剪切导波检测的未来研究趋势进行了展望，为相关研究人员提供了研究方向和思路。     

弹性层中的SH板波传播特性及电磁超声激励方法的研究

研究水平剪切波(Shear Horizontal,简称SH波)的传播特性及激励接收方法对该波在无损检测和声弹性技术范围内的工程应用有着重要的价值.首先,SH波在弹性层中传播的多模态、频散特性在文中作了详细的分析,同时重点研究了电磁超声技术在非铁磁性材料波导中产生SH波的探头结构和基础理论,并以试验的方法验证了其部分电声特性,结果表明,SH板波具有其他类型波所没有的独特特性,而电磁超声技术在SH波的激励接收方面有着很大的优势.     

电磁超声扭转波检测钢管缺陷的实验研究

扭转模态T(0,1)超声导波具有无频散的特点,便于信号分析与处理。在分析电磁超声扭转波传感器换能原理的基础上,搭建了电磁超声扭转波钢管缺陷检测实验平台,采用350 kHz的T(0,1)模态导波,在Ф25 mm×2800 mm壁厚2.5 mm的钢管上检测出20%壁厚损失的周向平底刻槽与Ф5 mm通孔缺陷,检测信号的信噪比较高。实验结果表明:这种电磁超声扭转波方法可以应用于钢管缺陷检测。     

基于洛伦兹力机理的电磁超声周向导波传感器研制

在分析基于洛伦兹力机理的电磁超声周向导波检测原理的基础上,通过实验方式研究传感器参数对检测信号幅值的影响,根据实验结果确定了传感器参数.设计并制作了电磁超声周向导波传感器.对所研制的传感器进行性能测试,结果表明:该传感器能检测出Φ3.2 mm的通孔缺陷.     

脉冲涡流矩形传感器的多维信号特征分析与缺陷识别

脉冲涡流是一种可以对飞机结构中缺陷进行有效检测的电磁无损检测技术.本文设计了三维检测传感器,并对矩形激励传感器中的多维检测信号进行了研究.分别在传感器不同扫描方向下,对三维检测传感器的Bx、By与Bz曲线进行了特征分析.实验证明取其中任意两路信号都可构成蝶形图,可以有效地实现缺陷的判别.对检测信号进行特征分析后,不仅可以判断缺陷的有无,还可以评估缺陷的长度,深度等信息,为进一步实现飞机机身缺陷的定量检测提供了有价值的参考.脉冲涡流技术将会在航空无损检测领域发挥重大的作用.     

融合电磁超声载波的声发射传播特性分析

电磁声发射是通过对缺陷导电结构件施加非接触式电磁载荷,进而激发声发射应力波,并据此效应来进行构件无损检测.本文针对电磁声发射信号不适合较远距离传播问题,融合电磁超声技术,实现对声发射应力波的载波远距离传输.文章首先从自由电子运动理论出发,从微观层面上研究电流对金属位错激活能的影响,推导出定向漂移的自由电子与位错碰撞时所产生的能量交换;其次搭建了融合电磁超声载波的电磁声发射有限元模型,分析了多个特征源激励下的应力波传播位移;最后利用希尔伯特黄变换方法对载波实验信号进行了分析比较.本文通过对传统的电磁声发射激励端研究、改进,提升电磁超声对电磁声发射应力波的传输特性,拓宽了电磁声发射检测的应用范围.     

电磁超声检测信号的小波自适应阈值降噪研究

针对电磁超声检测信号中通常混有大量噪声干扰,使用小波软硬阈值降噪后信号存在震荡失真、细节丢失等问题,构造了一种新的自适应阈值函数。该自适应阈值函数处处连续且高阶可微。试验结果表明,对电磁超声检测信号进行小波自适应阈值处理,不但可以保护信号的细微特征不被消除,防止信号震荡,增强光滑性;而且还能减小均方误差和失真,提高信噪比,从而提升电磁超声检测的可靠性和准确性。     

基于多传感器数据融合的漏磁信号采集与处理

漏磁检测以其高信噪比、高灵敏度和高检测效率,在无损检测中得到了广泛应用。随着科学技术的发展,传统的信号处理方法越来越不适应现代工业的需要,提出一种基于多传感器数据融合技术的漏磁信号处理方法。采用小波去噪的方法,并利用径向基函数(RBF)神经网络的数据融合技术对缺陷信号进行检测处理。仿真结果表明,采用这种方法可以有效提高系统的检测能力和信号精度。     

电磁超声体波方法对内部孔洞缺陷检测研究

电磁超声是一种新型的超声检测方法,其具有非接触、不受工作环境影响、易于激发多种类型的超声波等优点。本文研究了电磁超声体波对结构件内部孔洞缺陷探测问题,首先利用离散点源实现对电磁超声声场的分析;而后利用有限元方法对电磁－结构多场耦合建模,研究超声体波在体内缺陷处的波型转换以及模式转换后爬波在缺陷表面传播情况;最后利用电磁超声体波对孔洞缺陷的尺寸、位置进行了定量检测。有限元计算结果与简化解析求解得到较好的验证,本文为电磁超声对体内孔洞缺陷的应用评估提供良好基础。     

电磁无损检测电路系统研究与设计

电磁无损检测系统,主要应用于对导体材料进行缺陷检测的一种装置.电磁无损检测电路系统主要包括激励信号发射电路和检测接收电路两部分.由MSP430单片机控制DDS芯片AD9958产生标准的正弦波信号,作用在检测探头上,使得在被测导体材料上产生涡流信号.通过检测接收电路对涡流信号的处理,得出涡流信号的幅值和相位,从而可以对缺...     

基于Halbach原理的电磁超声换能器永磁铁设计

在实际应用中,电磁超声换能器（electromagnetic acoustic transducer,EMAT）的转换效率低是一个普遍存在的问题,如何提高其检测效率是研究的重点。为了提高接收信号的幅度,对比了两种永久磁铁结构,选定了一种基于Halbach阵列的永磁铁的新型结构模型。对磁铁的提离距离做了仿真分析与实验研究,得出最合适的提离距离为2mm。通过理论计算与有限元方法的大量仿真与结构优化,验证了其结构的可行性与有效性。结果表明,新型EMAT结构能够有效提高接收信号的幅度,信噪比大约是传统EMAT结构的1.9倍。     

电磁超声换能器优化设计与板状结构损伤成像应用研究

提出了一种用于板状结构损伤成像的虚拟电磁超声换能器EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)阵列.由螺旋线圈和圆柱形永磁铁组成的电磁超声换能器可以通过洛伦兹力在铝板中有效地激发低频散和高幅值的单一S0模态兰姆波.实验研究了电磁超声换能器配置参数(如激发频率,螺旋线圈外径、螺旋线圈内径和提离距离)对S0模态兰姆波性能的影响.另外,将接收电磁超声换能器移动到用于接收兰姆波的多个预定义位置来构建虚拟传感器阵列,实验研究了阵元间距和阵元数量对成像结果的影响.结果表明,通过相控虚拟聚焦成像方法,虚拟电磁超声换能器阵列的成像结果与实际损伤位置吻合良好.     

电磁超声检测钢板厚度实验的参数优化

为提高电磁超声检测信号的信噪比,研究激励信号频率、脉宽及换能器提离距离对厚度测量结果的影响,搭建了电磁超声实验系统。该系统利用RITEC-SNAP 5000产生高能正弦波激励电磁超声换能器EMAT ( Electromagnetic Acoustic Trans-ducer),通过调节激励信号的频率、脉宽,改变提离距离来观测超声回波幅度的变化。实验结果表明：当激励频率和EMAT固有频率相同时其换能效率最高,采用6个周期的脉冲串时前后波包之间分界明显,为获得较大的回波幅度应尽可能减小提离距离。     

基于吸盘式脉冲电磁铁的EMAT实验研究

电磁铁式电磁超声传感器较永磁体式具有接触和移动性好、不易粘附杂物等优点,工程应用潜力巨大,然而目前对其研究开发较少.提出了一种基于吸盘式脉冲电磁铁的EMAT,能更好地适应环形线圈,实现超声波的激励与接收.建立了通用的脉冲电磁铁式电磁超声传感器检测实验系统,在铁磁性材料和非铁磁性材料上进行了脉冲回波式检测实验,验证了传感器的有效性.研究了主要影响因素(被检材料、励磁电流和提离距离)对此种传感器检测信号的影响规律,结果表明此种传感器在铁磁性材料上的换能效率远大于非铁磁性材料上的换能效率;一定范围内传感器检测信号幅度随励磁电流线性增加,随提离距离呈反比函数关系衰减.     

谐波法复杂周期信号周期测量

利用复杂周期信号频谱存在大量等间隔幅度起伏的谐波分量.提出了复杂周期信号的谐波法周期测量.谐波法之FT-Abs-IFT(FAIF)是周期信号频谱包络的反傅里叶变换,输出为频谱包络对应时域信号与周期冲击信号的卷积.其最大值是等幅度或起伏幅度(噪声条件下)的周期冲击信号,通过门限栓测和周期测量得到信号周期(或频率).最后通过与常用周期信号测量方法(同态滤波法、自相关法和AMDF)的仿真比较,表明对于复杂周期信号,谐波法之FAIF测量精度高,误差率低和良好的抗噪性能.     

用于板结构损伤检测的磁致伸缩传感器

基于铁磁性材料的磁致伸缩特性,提出一种用于非铁磁性板结构损伤检测的磁致伸缩传感器。该传感器分为激励和接收两部分,由8字型线圈、镍带以及偏置永磁铁组成。根据磁致伸缩效应,激励部分在板中激励导波,波在板中传播,遇缺陷及边缘反射,通过磁致伸缩逆效应,由接收部分接收其反射信号。根据反射信号的到达时间和波在板中传播的速度,可判断出板中缺陷所在位置。改变恒定偏置磁场与时变磁场的方向可以在板中激励不同波型的导波。实验结果证明:该传感器设计是可行的,且具有价格便宜、灵敏度高、可与被测结构分离等优点。     

铝板纵波电磁超声检测中电磁铁的遗传算法优化设计

提出一种提升电磁超声检测能力的电磁铁的遗传算法优化方法,首先采用单目标优化方法,分别以磁感应强度和均匀度为目标,利用响应曲面法（RSM）,确定磁感应强度与磁芯,线圈等因素的二阶响应模型,根据响应模型得到优化参数。然后采用多目标优化方法,以磁感应强度和均匀度为目标,采用Matlab与Comsol联合仿真,并结合遗传算法进行优化。两组优化结果表明：多目标优化方法得到的有效区域磁感应强度更高,均匀度更好,通过实验证明优化后纵波信号提升60%,证明优化方法有效,可以将该方法运用到其他形式的电磁铁设计。     

电磁超声换能器线圈设计与提高换能效率研究

提出了一种提高电磁超声换能器EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)换能效率的方法,首先,在COMSOL Multiphysics软件中建立了电磁超声无损检测激发探头有限元模型,然后研究了电磁超声换能器中双层叠加螺旋线圈的基板厚度、铜箔厚度以及提离距离对换能效率的影响.结果表明:减小基板厚度以及提离距离,增加线圈铜箔厚度可以提高EMAT换能效率.最后通过实验进行验证,仿真结果与实验基本一致.     

串脉冲超声导波断轨检测技术研究

针对传统的钢轨断轨检测效率低、无法进行实时检测的不足,对串脉冲超声导波断轨检测方法进行了研究.首先为了增强发射能量,同时达到脉冲叠加的目的,研发了脉冲个数、脉宽、间隔均可调的高压串脉冲超声导波发射系统;为了保证接收信号的信噪比和空间精度,用匹配滤波的方法对接收信号进行脉冲压缩.采用研制的串脉冲超声导波断轨检测系统,选用SH导波换能器在钢轨上进行了检测实验.结果表明,检测系统性能稳定,经过串脉冲叠加,使接收信号的幅值约为单脉冲接收信号的3倍,经过匹配滤波后,信噪比得到明显提升.该方法的换能器置于轨腰,能够对钢轨实现在线监测.