一种管道中T(0,1)模态单向电磁超声换能器

为了准确判定管道中缺陷位置且减少回波信号复杂程度,提出一种管道中单向传播的电磁超声换能器结构.根据电磁超声换能器理论,建立磁场、位移、超声波叠加数学模型,并对单向电磁超声换能器波动位移进行有限元仿真分析;实验采用双线圈激励方法对T(0,1)模态导波的传播强度进行控制.结果表明:换能器相邻导线间距为λ/4,且延迟时间为T...     

非接触式超声测厚的研究与开发

本文从电磁声换能器的理论入手，说明电磁声的工作原理及其特征。对电磁声在超声无损测厚方面的应用，可行性，关键技术理论依据进行详细阐述。同时介绍我们的研究结果，讨论了今后发展的方向。     

基于RLS算法的超声换能器温度压力特性校正

针对超声换能器的传输特性随着温度和压力发生变化这一普遍存在的问题，利用自适应滤波技术对超声换能器的传输特性进行校正，以减小温度和压力的变化对检测信号的影响。实测数据的处理结果表明：基于ＲＬＳ算法的自适应滤波技术能准确地求出在不同温度压力条件下换能器传输特性变化的逆函数，从而能很好地校正由于超声换能器传输特性随温度压力变化所引入的信号误差     

用于电磁超声检测系统的宽带匹配电路的设计

电磁超声换能器是一种新型超声波发射接收装置,与传统的压电式换能器相比具有无需声耦合剂、无需对待测物预处理等显著优点。但是该装置换能效率很低,必须通过改善电磁超声电路系统的性能来增加接收信号的强度。为了提高电路系统的能量转换效率,设计了基于传输线理论的电磁超声宽带匹配电路。实验表明:所设计的匹配电路能够使发射电路输出功率增加60%,有效提高了检测系统的整体效率,为电磁超声技术的工程应用奠定了基础。     

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。     

基于洛伦兹力机制的电磁超声发射换能器的建模与优化

电磁超声换能器(Electromagnetic acoustic transducer,EMAT)是电磁超声检测技术的核心部件,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。但与传统的压电式超声换能器相比,电磁超声发射换能器的换能效率较低,导致超声回波信号较弱,检测结果不理想。现阶段,在完善对EMAT建模分析的基础上,通过对换能器参数的优化和结构的改进设计以及与其他新技术相结合的方式,EMAT的换能效率已经有了明显的提高,但仍存在解析、半解析建模方法不完整,数值建模方法计算时间长,以及换能效率仍然不够理想等问题。对此,综述近十几年来基于洛伦兹力机制的电磁超声发射换能器的数学建模方法,包括解析法、数值法和半解析法,给出较为完整的耦合方程和建模过程。并在此基础上,分析了偏置磁场、激励线圈、提离距离等参数对换能效率的影响规律以及换能器的优化设计方法,为今后电磁超声换能器的模型完善和改进提高提供参考。     

一种新型EMAT圆柱探头的三维有限元分析

提出了一种空心圆柱结构的电磁超声换能器(EMAT,Electromagnetic Acoustic Transducer)线圈探头,为获得空心圆柱探头的设计参数,以有限元仿真软件ANSYS为工具,对所设计的电磁超声探头进行了三维有限元建模和仿真,分析了空心圆柱型换能器所激发超声波的幅值和频率;研究了线圈的各几何参数及换能器电气特性变化对所激发感生涡流幅值的影响规律;确立了电磁超声圆柱探头的基本设计准则。仿真结论证明:空心圆柱线圈适合作为EMAT探头进行缺陷检测,为此类线圈的设计提供的理论指导。     

力磁耦合作用下电磁超声换能器换能效率仿真分析

研究了力磁耦合作用下外加应力对电磁超声换能器换能效率的影响。首先通过理论推导,得出外加应力下磁致伸缩材料的本构关系式,而后利用多物理场耦合有限元分析软件COMSOl分析了外加应力对电磁超声换能器换能效率的影响。结果表明:在相同磁场条件下,随着外加应力的增加,磁致伸缩应变和电磁超声换能器换能效率均减小,当外加应力值超过材料的屈服强度时,磁致伸缩振幅趋近于零。因此,使用电磁超声检测器对存在外加应力作用下的工件进行检测时,应适当增加换能器中偏置永磁体剩余磁通密度或增加线圈激励电流大小,以保证较高的检测效率。     

磁力可控电磁超声换能器设计及特性

电磁超声换能器一般采用具有超强磁力的稀土永磁制作,在实际检测中由于磁力不可控,存在偏置磁场不够强导致换能效率过低和磁力过强造成操作不方便等问题.提出一种偏置磁场磁力可控的电磁超声换能器,采用电磁铁与永磁铁相结合的方式,达到偏置磁场磁力可控的目的.通过有限元仿真和试验得出,提出的偏置磁场磁力可控的电磁超声换能器,在电磁铁处于关闭模式下,永磁铁能够提供基础磁场;采用增强模式或减弱模式,无被测物时,换能器下表面平均垂直磁通最大分别增强78.58％和减弱19.36％,而提离2 mm检测钢板时,换能器下方钢板表面平均垂直磁通最大分别增强52.99％和减弱38.02％;得出3种模式下,探头磁力随着提离距离缩小而增强的试验曲线;通过增强模式对铝板和钢板进行测厚试验,将检测信号幅值分别提高46.91％和62.01％.所设计的磁力可控电磁超声换能器不仅具有磁力可控的功能,还能够提高检测信号幅值.     

电磁超声纵波换能器设计及对铅板检测试验研究

常规的电磁超声横波换能器在测量铅板时存在1次回波信号弱、信噪比极低、难以有效检测等问题,铅的剪切模量小是造成这种现象的主要原因。针对这一问题,文中提出采用电磁超声纵波换能器用于铅板的检测,优化设计了一种应用于铅板检测的新型纵波换能器。首先设计线圈结构和磁场的布置方式,再综合正交试验法和控制变量法,利用多物理场建模仿真软件对线圈的各个参数进行优化,分析了线圈各参数对超声回波强度的影响规律,制作了线圈和换能器原型并开展了相关测试,实验表明：同等激励条件下,纵波换能器的1次回波信号强度是横波换能器的1.63倍,显著提高了回波的信噪比,实现了铅板的厚度测量。     

基于改进NSGA-Ⅲ的电磁超声换能器多目标优化

电磁超声换能器(EMAT)的设计与优化是一个变量多、分析复杂和优化难度大的多目标优化问题.通过建立的电磁超声换能器电磁-力-声有限元模型,得到了洛伦兹力、磁致伸缩效应、感应电流密度和振动位移等优化目标的样本集,构建了多支持向量机的代理模型.提出一种基于参考点和拥挤度相结合的改进NSGA-Ⅲ优化方法,对优化目标进行优化设...     

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。     

电磁超声导波在管道中螺旋向传播的机理研究

为了实现电磁超声导波对管道中不同方向裂纹缺陷的有效检测,研究了超声导波螺旋向传播的机理,设计了用于管道斜向裂纹缺陷检测的电磁超声螺旋向导波换能器。基于毕奥萨伐尔定律,建立了螺旋向导波换能器等效闭合线圈的数学模型;推导分析了电磁超声螺旋向导波换能器的磁感应强度与螺旋向导波主声束传播方向的关系;实验验证了不同角度的螺旋向导波传播机理与相应的裂纹缺陷检测能力。结果表明,电磁超声螺旋向导波主声束传播方向与线圈工作导线垂直,改变换能器线圈螺旋角度可控制电磁超声导波在管道中的传播方向,线圈螺旋角度不同的换能器可实现管道中不同斜向角度裂纹缺陷检测,为管道全向裂纹缺陷检测提供参考。     

曲折线圈型电磁超声表面波换能器的优化设计

电磁超声表面波换能器的换能效率较低,严重限制了其进一步的发展。为此,在建立曲折线圈型电磁超声表面波换能器多物理场有限元模型的基础上,通过仿真分析,分别从EMAT(Electromagnetic Acoustic Transducer)磁铁尺寸和线圈中导线的分布方式两个角度对电磁超声表面波换能器进行了优化。实验表明,与传统的曲折线圈型电磁超声表面波换能器相比,采用相同的磁铁体积时,在一发一收的工作模式下,文中提出的优化后的换能器接收信号幅度可提高39%;在收发一体的工作模式下,信号幅度可提高86.2%,有效地改善了换能器的性能。     

超声振动切割细胞系统的设计

根据细胞微切割实验对超声振动切割系统的要求,对夹心式超声换能器和超声变幅杆组成的振动系统进行了设计,超声换能器采用夹心式压电换能器,变幅杆是一种将等截面圆柱形阶梯变幅杆的一端替换成圆锥形变幅杆构成的新型复合圆锥阶梯形变幅杆,设计了超声换能器和变幅杆的基本结构,并给出其制造尺寸.     

基于电磁超声导波的铝板裂纹缺陷检测方法

针对铝板斜向裂纹缺陷检测问题,提出了一种非对称斜向曲折型线圈电磁超声导波换能器设计结构。通过毕奥萨伐尔定律建立了曲折型线圈及非对称斜向曲折型线圈的等效力磁模型,分析了电磁超声换能机理中洛伦兹力、磁感应强度与主声束传播特性的关系,实验验证了不同斜向角度的曲折型线圈电磁超声换能器缺陷检测能力。结果表明,斜向曲折型线圈结构电磁超声换能器主声束回波信号呈非对称分布,其主声束方向垂直于换能器线圈工作导线,斜向角度变化可实现电磁超声导波在铝板中的传播方向控制,为铝板中全方位裂纹缺陷检测提供了理论依据与应用基础。     

铝合金塑性损伤电磁超声谐振无损评估研究北大核心CSCD

针对传统线性超声方法难以有效检测金属构件微损伤的问题,使用电磁超声换能器,在6061铝合金试件内发射并接收超声信号,采用非线性电磁超声谐振方法对铝合金试件拉伸时产生的塑性损伤进行无损评估。基于非线性电磁超声谐振检测实验平台,对不同拉伸阶段的试件分别进行了非线性检测实验,通过基波与三次谐波的幅值比,定量地描述了铝合金材料的非线性参数与材料拉伸损伤程度相关关系。实验结果表明:弹性阶段的拉伸处理对试件的非线性情况影响较小,而塑性阶段的拉伸造成的微损伤对试件的非线性情况有较大影响,因此非线性电磁超声谐振技术可以有效评估铝合金塑性损伤。     

功率超声换能器导纳特性检测及电端匹配研究

提出了一种利用计算机检测功率超声换能器导纳特性的实验方法，并利用导纳圆法精确、快速地测量超声换能器的谐振点、谐振带宽及其他等效电路参数，在此基础上确定超声换能器的最佳工作点和电端匹配的电感值，使匹配后的换能器获得最大效率，同时输出阻抗最小。     

腐蚀过程电磁超声动态监测信号观察与分析

为研究连续腐蚀过程中电磁超声监测信号的演化规律,搭建了加速腐蚀模拟实验装置,采用电磁超声换能器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)对不同面积大小的腐蚀进行在线动态监测试验研究.结果表明,在动态监测过程中,相对于EMAT换能面积大小不同的腐蚀监测信号表现出不同的演化规律,同...     

高频超声换能器技术研究进展与展望

高频超声是超声技术前沿研究领域,可以提供更高的空间分辨率、更精准的检测诊断信息,在生物医学临床与基础研究、先进装备制造无损检测等领域具有重要的应用价值,但其核心器件高频超声换能器的研制一直是高频超声技术发展的瓶颈。首先,介绍了超声换能器基本理论;然后,论述了高频超声换能器技术发展现状、面临技术难题及解决途径,并结合高频超声换能器研制实例予以说明;最后,对高频超声换能器技术进行了讨论与展望。