曲折线圈折线角度对EMAT换能效率的影响

针对曲折线圈型电磁超声换能器的换能效率,分析了不同折线角度曲折线圈对EMAT(电磁超声换能器)换能效率的影响。根据声束指向原理,通过改变载流导线的角度,设计了0°、30°、60°、90°曲折线圈激励产生电磁超声导波,并采用收发分离式换能器结构在钢板上进行检测试验。结果表明,曲折线圈载流导线角度为0°时,EMAT激发的声波能量集中,方向性好,回波信号幅值强,为钢板的长距离检测提供了可能;曲折线圈载流导线角度增加为30°、60°、90°时,EMAT激发的声波信号纯净,简化了模态分析,对工程中钢板检测的信号简化处理具有重要意义。     

电磁超声导波在铝板中的传播方向控制

针对铝板中电磁超声导波主声束传播方向控制的问题,采用毕奥萨伐尔定律等效模型分析方法,建立了非对称斜向曲折型线圈与电磁超声导波主声束传播方向的关系,试验验证了曲折型线圈的斜向角度与电磁超声导波主声束传播方向控制方法的可行性。结果表明:斜向曲折型线圈结构电磁超声换能器产生的超声导波主声束方向垂直于线圈工作导线,通过改变线圈的斜向角度,可实现超声导波传播方向的控制。     

点聚焦表面波EMAT声场特性及其试验

针对曲折线圈电磁超声换能器(EMAT)换能效率和信噪比低的问题,建立了点聚焦EMAT的三维声场有限元模型,通过瞬态和稳态分析,分析了激励频率、线圈匝数和导线长度对点聚焦EMAT的声场聚焦特性以及缺陷回波特征的影响规律。搭建了0.5 MHz点聚焦EMAT检测系统,用于铝板中不同直径的圆孔检测,并与传统的曲折线圈EMAT进行对比。结果表明:采用点聚焦表面波EMAT,可以极大程度地提高信噪比和缺陷检测能力。     

板状结构缺陷电磁超声导波检测技术研究进展

概述了国内外板状结构缺陷电磁超声导波检测技术的研究进展。从激发兰姆波的电磁超声换能器(EMAT)技术、EMAT的优化设计、超声导波聚焦、EMAT接收信号超声波成像技术等方面,对板状结构缺陷无损检测技术取得的突破进行了评述。提出了有待进一步解决的问题。     

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。     

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。     

小径不锈钢管超声导波检测

介绍了超声导波检测的基本理论,利用不同数量的压电陶瓷换能器,选用70kHz、10个周期经汉宁窗调制的正弦波信号,对无缺陷和带有裂纹缺陷的8mm×1.5mm的小径不锈钢管进行了超声导波检测,讨论了超声导波的频散和多模态现象。试验成功激发出L(0,1)模态导波,结果表明对于此种小径管,采用两发两收的方式得到的波形会更好,并能有效地检测出一定尺寸的裂纹缺陷。     

基于偏置磁场EMAT表面波换能器效率的分析

为提高常规EMAT(电磁超声)换能器效率,设计一种新型偏置磁场EMAT换能器。利用有限元软件建立EMAT激励表面波的二维仿真模型,对比分析常规和偏置EMAT对激励表面波的影响。最后设计正交试验研究磁铁高度、磁铁宽度、线圈高度、线圈宽度和线圈提离对偏置EMAT激励表面波的影响规律,并通过试验验证了其准确性,此外还研究了偏置磁铁对接收EMAT的影响。结果表明,偏置EMAT换能器激励的表面波幅值比常规EMAT的提高了51%,并且该方法不会在频域信息上发生主频分叉畸变问题,采用偏置EMAT接收的信号幅值比常规EMAT的提高了38%,偏置EMAT能有效提高检测灵敏度。     

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。     

基于电磁超声的管道裂纹检测法实验研究

设计了电磁超声传感器线圈和测试电路,对22.5mm厚钢板不同深度的裂纹类缺陷进行测试,以确定电磁超声裂纹检测的性能。通过分析电磁超声传感器(EMAT)所接收的导波信号,就可以准确判断裂纹的位置,用适当的数据分析可对裂纹缺陷尺寸进行量化,从而验证了使用电磁超声技术检测管道应力腐蚀裂纹(SCC)是一种切实可行的检测方法。     

一种优化激发电磁超声Lamb波的方法

超声Lamb波的频散特性和多模式特性导致回波信号复杂难于分辨。为了解决该问题,结合电磁超声换能器(EMAT)的主要设计参数和Lamb波的特征方程,推导电磁超声Lamb波的激发方程和激发曲线。通过选取电磁超声Lamb波在激发曲线上的工作点以削弱多模式和频散现象,进而提出了一种优化激发电磁超声Lamb波的方法。采用该方法分析了零模式Lamb波在工程应用中的有效性,并进行了试验验证。     

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。     

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。     

电磁超声换能器在残余应力超声测量中的应用

简述电磁超声换能器(EMAT)的基本原理,介绍几种EMAT的结构及其在超声波残余应力测量中的应用.     

在役石油平台用压力容器超声导波检测

超声换能器发射波在容器壁形成的超声导波可在涂层或其他覆盖物下沿容器壁传播,可以检测出容器腐蚀形成的缺陷及其内部缺陷,实现在役容器的快速检测。采用ISONIC2005超声检测系统,针对海洋石油钻井平台压力容器,利用模拟仿真和试验测试相结合方法,采用自行研制的超声导波换能器,制定相应的导波检测规范进行检测。检测结果表明,导波频率1.5 MHz,压电陶瓷晶片尺寸23 mm×28 mm,入射角为53°时,有效检测距探头1 000 mm处的6 mm×1.25 mm的平底孔信号,在实际在役石油平台容器检测中,探测距离长度不大于500 mm时,可以有效检测出带表面漆层和内部液体压力容器内外壁腐蚀类缺陷,超声导波检测结果与实际腐蚀减薄量相一致。     

中厚板EMAT无损探伤的特点

介绍了基于电磁效应的中厚板EMAT(电磁超声波换能器)探伤装置的基本原理和主要技术特点,并与传统的基于压电效应的PET(压电超声换能器)自动探伤装置进行了比较分析。EMAT自动探伤装置具备检测钢板温度范围广、无需耦合介质、探伤速度快和抗干扰性强等优点,未来在中厚板行业将具有良好发展前景。     

基于电磁超声横波的铝板厚度检测技术

电磁超声横波在金属板中传播速度相对纵波较慢,当使用横波对金属板进行厚度测量时,检测灵敏度较高。通过分析电磁超声横波在铝板中的传播特性,设计了电磁超声回波接收部分的电路,包括:仪表放大、滤波和增益调节电路。实验中,采用自发自收式电磁超声换能器对不同厚度的铝板测厚信号进行接收,将采集的信号传入计算机中,用matlab软件中的小波工具箱对其进行处理,并采用读取相邻回波峰值点对应时差的方式计算它们的厚度值。实验结果表明,处理过的数据计算出铝板厚度精确度更高,相对误差小于1%。     

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.     

基于压电晶片的超声导波激发特性试验

使用超声导波进行无损检测是实现结构健康监测的重要手段,但是其多模态特性会增加损伤信号提取难度,因此需要在激发时尽可能激励单一模态。使用粘贴于结构表面的压电晶片激发和接收超声导波,通过多种尺寸晶片在不同结构厚度下的导波试验,对导波各模态的激发特性进行了研究。结果表明附着于结构表面的压电晶片不但可激发S₀模态,同时也可激发出A₀模态;为了有效抑制A₀模态的幅值,激发晶片的直径需要大于A₀模态的波长。     

薄板中超声导波传播模态信号分析方法

根据兰姆波在薄板中传播的频散特性,针对超声检测中获取的检测信号,采用双重时间尺度对比的方式,对兰姆波模态进行分析。采用半解析有限元法绘制各向同性自由铝板中兰姆波频散曲线,选用合适的超声换能器获得兰姆波在铝板不同位置的多模态传播信号。在兰姆波整体传播时间尺度下,用二维傅里叶变换对全部数据进行分析,确定了其模态及能量分布,再经过滤波降噪,利用Hilbert-Huang变换分离并精确分辨单个信号内叠加的不同模态的时间尺度。结果表明,上述方法可以识别兰姆波导波模态并获得较高的时间分辨率。