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Modeling and finite element analysis of transduction process of electromagnetic acoustic transducers for nonferromagnetic metal material testing 被引量:13
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作者 郝宽胜 黄松岭 +2 位作者 赵伟 段汝娇 王珅 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2011年第3期749-754,共6页
Facing the problems lack of considering the non-uniform distribution of the static bias magnetic field and computing the panicle displacements in the simulation model of electromagnetic acoustic transducer (EMAT), a... Facing the problems lack of considering the non-uniform distribution of the static bias magnetic field and computing the panicle displacements in the simulation model of electromagnetic acoustic transducer (EMAT), a multi-field coupled model was established and the finite element method (FEM) was presented to calculate the entire transduction process. The multi-field coupled model included the static magnetic field, pulsed eddy current field and mechanical field. The FEM equations of the three fields were derived by Garlerkin FEM method. Thus, the entire transduction process of the EMAT was calculated through sequentially coupling the three fields. The transduction process of a Lamb wave EMAT was calculated according to the present model and method. The results show that, by the present method, it is valid to calculate the particle displacement under the given excitation signal and non-uniformly distributed static magnetic field. Calculation error will be brought about if the non-uniform distribution of the static bias magnetic field is neglected. 展开更多
关键词 metal material nondestructive testing electromagnetic acoustic transducer multi-field coupling Garlerkin method finite element
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Comparison of three formulations for eddy-current problems in a spiral coil electromagnetic acoustic transducer
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作者 石文泽 吴运新 +3 位作者 龚海 赵志然 范吉志 谭良辰 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS CSCD 2016年第4期817-824,共8页
Three differential equations based on different definitions of current density are compared. Formulation I is based on an incomplete equation for total current density (TCD). Formulations II and {I1 are based on inc... Three differential equations based on different definitions of current density are compared. Formulation I is based on an incomplete equation for total current density (TCD). Formulations II and {I1 are based on incomplete and complete equations for source current density (SCD), respectively. Using the weak form of finite element method (FEM), three formulations were applied in a spiral coil electromagnetic acoustic transducer (EMAT) example to solve magnetic vector potential (MVP). The input impedances calculated by Formulation III are in excellent agreement with the experimental measurements. Results show that the errors for Formulations I & II vary with coil diameter, coil spacing, lift-off distance and external excitation frequency, for the existence of eddy-current and skin & proximity effects. And the current distribution across the coil conductor also follows the same trend. It is better to choose Formulation I instead of Formulation Ili to solve MVP when the coil diameter is less than twice the skin depth for Formulation I is a low cost and high efficiency calculation method. 展开更多
关键词 electromagnetic acoustic transducer emat eddy current finite element method (FEM) skin and proximity effects spiral coil
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基于海尔贝克式排布的电磁铁EMAT研制
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作者 刘增华 郑坤松 +2 位作者 朱艳萍 郭彦弘 何存富 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期286-296,共11页
电磁声传感器由于其结构简单且无需耦合等特点,在超声无损检测领域具备显著的应用潜力。传统的永磁铁式横波电磁声传感器存在诸多缺陷,包括换能效率低、激发超声模态不具一致性,以及在铁磁性试件上检测时吸附力强、难以移动等,这些问题... 电磁声传感器由于其结构简单且无需耦合等特点,在超声无损检测领域具备显著的应用潜力。传统的永磁铁式横波电磁声传感器存在诸多缺陷,包括换能效率低、激发超声模态不具一致性,以及在铁磁性试件上检测时吸附力强、难以移动等,这些问题不仅影响了检测结果的准确性,也限制了其应用范围。本研究基于永磁铁海尔贝克式电磁声传感器以及空芯电磁铁电磁声传感器的特点,研制了一种新型的电磁铁横波传感器,实现单侧磁场增强的同时,可实现偏置磁场强度可调。本文采用正交试验的方法对传感器励磁磁铁以及涡流线圈结构参数进行优化,提高了回波信号的幅值。研究结果表明,经过优化后的电磁声传感器对于铝板的检测,可显著增加试件表面产生的垂直磁场强度及分布范围,并大幅降低水平磁场,能够更有效地激发较为纯净的横波。 展开更多
关键词 电磁铁 海尔贝克式电磁声传感器 横波 正交试验
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基于EMAT技术的轮对踏面探伤仪 被引量:8
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作者 彭建平 王黎 +3 位作者 高晓蓉 王泽勇 彭朝勇 张渝 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2009年第1期18-20,共3页
简述电磁超声换能器(EMAT)的结构组成及产生表面波的机理,分析了基于电磁超声表面波的车轮踏面缺陷检测原理。设计了基于电磁超声表面波的轮对踏面探伤仪,该探伤仪采用DSP+CPLD结构,构成数据处理、逻辑控制核心单元,信号由功率合成单元... 简述电磁超声换能器(EMAT)的结构组成及产生表面波的机理,分析了基于电磁超声表面波的车轮踏面缺陷检测原理。设计了基于电磁超声表面波的轮对踏面探伤仪,该探伤仪采用DSP+CPLD结构,构成数据处理、逻辑控制核心单元,信号由功率合成单元进行功率放大并与EMAT探头做输出匹配,提高输出功率;DSP系统完成超声波信号的数据处理及缺陷分析功能。最后对人工缺陷轮对和自然缺陷轮对进行试验,结果表明:检测过程无需耦合剂、无需沿踏面扫查,即可快速实现对轮对踏面表面及近表面10 mm范围内的车轮径向裂纹和大尺寸踏面剥离缺陷进行检测。 展开更多
关键词 电磁超声换能器(emat) 轮对踏面探伤仪 踏面剥离 踏面裂纹
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回折线圈导线长度对表面波EMAT性能及缺陷检测的影响 被引量:3
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作者 邓鹏 何存富 +3 位作者 吕炎 刘增华 焦敬品 吴斌 《北京工业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期665-671,共7页
为了改善表面波电磁声传感器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)的激励及接收性能,并提高缺陷定量检测的准确性,试验研究了EMAT中回折线圈导线长度对传感器频率特性、所激励表面波声场指向性、衰减特性的影响.采用不同长度回... 为了改善表面波电磁声传感器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)的激励及接收性能,并提高缺陷定量检测的准确性,试验研究了EMAT中回折线圈导线长度对传感器频率特性、所激励表面波声场指向性、衰减特性的影响.采用不同长度回折线圈对人工裂纹进行检测,得到了对应的反射和透射系数,分析了导线长度和裂纹长度相互关系对缺陷定量检测的影响.试验结果表明,表面波EMAT的频率特性与回折线圈导线长度无关,但其所激励表面波的声场指向性及衰减速率与导线长度密切相关,回折线圈导线长度越大,声束辐射半张角越小,表面波衰减越慢;作为接收传感器,回折线圈导线长度越大,EMAT检测时空间分辨率越低,但接收信号信噪比越高.导线长度小于裂纹长度时,才能得到准确的反射和透射系数. 展开更多
关键词 表面波电磁声传感器 导线长度 声场指向性 缺陷定量检测
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曲折线圈EMAT偏置磁场优化设计及其实验研究 被引量:3
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作者 刘勋丰 石文泽 +3 位作者 卢超 陈尧 陈果 龙盛蓉 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期746-753,共8页
针对曲折线圈电磁超声换能器(EMAT)换能效率低的问题,建立了曲折线圈EMAT检测过程有限元模型,分析了3种常见的永磁体组合方式对EMAT换能效率的影响,研究了3种组合方式下永磁体几何参数对金属试样表层偏置磁感应强度的影响规律,并给出了... 针对曲折线圈电磁超声换能器(EMAT)换能效率低的问题,建立了曲折线圈EMAT检测过程有限元模型,分析了3种常见的永磁体组合方式对EMAT换能效率的影响,研究了3种组合方式下永磁体几何参数对金属试样表层偏置磁感应强度的影响规律,并给出了偏置磁场强度最大时对应的永磁体最佳几何参数。为验证仿真结果,采用3种组合形式的永磁体制作EMAT探头,并在铝板中激励0.9 MHz表面波和2 MHz斜入射偏振剪切波(SV波)。研究结果表明,当永磁体宽度为EMAT曲折线圈宽度的0.8左右时,曲折线圈EMAT换能效率最高。改进U型永磁体组合可显著提高金属试样表面的偏置磁场强度。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 曲折线圈 偏置磁场 换能效率 有限元法
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电磁超声传感器(EMAT)最佳磁感应强度的研究 被引量:5
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作者 朱红秀 吴淼 +1 位作者 刘卓然 吕晓军 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第4期525-528,共4页
通过实验研究,确定了电磁超声传感器最佳励磁电流,利用ANSYS有限元软件,对用于钢管缺陷检测的电磁超声传感器的磁感应强度进行了计算,得到磁感应强度的分布规律.确定了钢管表面最佳磁感应强度数值范围为0.20~0.29T.
关键词 电磁超声传感器 磁感应强度 有限元数值计算
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基于EMAT的三维声场断层扫描测量方法研究 被引量:4
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作者 郑阳 李铮 +2 位作者 李超月 张宗健 周进节 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期9-18,共10页
不同电磁超声换能器(EMAT)的辐射声场分布特性不同,为了保证检测的有效性,需要对其声场分布进行准确测量。为测量固体金属材料中超声横波辐射声场的分布,采用针式EMAT作为测量超声横波声场的换能器,研究了基于断层扫描方式测量并重构三... 不同电磁超声换能器(EMAT)的辐射声场分布特性不同,为了保证检测的有效性,需要对其声场分布进行准确测量。为测量固体金属材料中超声横波辐射声场的分布,采用针式EMAT作为测量超声横波声场的换能器,研究了基于断层扫描方式测量并重构三维辐射声场的方法。进一步建立了三维声场断层扫描测量实验系统,分析了测量系统的误差,并提出测量数据的补偿方法。实验测量了环形线圈EMAT在激励频率3.5 MHz时的辐射声场分布,获得其在铝和20#钢中的三维辐射声场,并分析得到其近场距离约为8 mm。结果表明该方法可有效地呈现超声横波在固体金属材料内部不同深度截面的声场分布,并对其处理可以获得待测EMAT在固体中的三维辐射声场分布。 展开更多
关键词 电磁超声 声场测量 三维声场 断层扫描 无损检测
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多面磁轭结构的单磁铁电磁超声换能器设计
9
作者 胡正 屈海峰 +2 位作者 郭新峰 邱勋林 项延训 《仪器仪表学报》 北大核心 2025年第2期174-182,共9页
为提高单磁铁电磁超声换能器(EMAT)的换能效率以激发更高幅值的超声导波,通过仿真与实验相结合的方法,提出了一种简单易行的半封闭磁轭EMAT设计思路。半封闭磁轭EMAT由长方形永磁铁、半封闭磁轭结构、回折线圈和试件组成。首先通过仿真... 为提高单磁铁电磁超声换能器(EMAT)的换能效率以激发更高幅值的超声导波,通过仿真与实验相结合的方法,提出了一种简单易行的半封闭磁轭EMAT设计思路。半封闭磁轭EMAT由长方形永磁铁、半封闭磁轭结构、回折线圈和试件组成。首先通过仿真对比分析了3种可能的磁轭加装方案,验证了半封闭磁轭对于增强单磁铁EMAT激发效率的可行性。接着分析了半封闭磁轭的设计参数对被测物体表面涡流区域的磁场强度和信号激发效率的影响,包括磁轭结构的侧板间距、顶板间距、板厚、所用材料相对磁导率。对比原始无磁轭方案,优化参数后的半封闭磁轭EMAT在仿真中获得了近50%的激发效率提升。依据仿真结果,设计制作了加装半封闭磁轭的电磁超声换能器。在1 mm厚铝板上激发对称模式的10周期1 MHz兰姆波(Lamb)实验结果表明,磁铁提离距离2 mm时,加装半封闭磁轭的EMAT比原始设计的信号幅值提升了40.42%;磁铁提离6 mm,磁轭方案的幅值提升了31.32%。后续又在2 mm厚铝板上进行了反对称模式的5周期415 kHz兰姆波实验,半封闭磁轭方案在不同提离距离上带来的幅值提升亦超过30%,验证了所提方法的普遍适用性。实验所用的磁轭材料是常规冷轧钢薄板(SPCC),易获取易制备,便于应用推广。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 兰姆波 磁轭结构 信号增强
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基于电磁-压电混合结构的超声波穿金属通信系统
10
作者 杨超 胡一帆 曹自平 《应用声学》 北大核心 2025年第3期723-733,共11页
在密闭金属腔体内外间进行通信时,超声波由于没有金属屏蔽效应而成为一种良好的信号传输载体。在基于超声波的通信系统中,用于超声波发射和接收的一对换能器往往为相同类型的压电式或电磁式结构。考虑到压电式和电磁式换能器的各自优点... 在密闭金属腔体内外间进行通信时,超声波由于没有金属屏蔽效应而成为一种良好的信号传输载体。在基于超声波的通信系统中,用于超声波发射和接收的一对换能器往往为相同类型的压电式或电磁式结构。考虑到压电式和电磁式换能器的各自优点和不足,该研究提出一种电磁-压电混合结构的超声波穿金属通信系统,该系统使用电磁式结构作为发射换能器,使用压电式结构作为接收换能器。其中所采用的电磁式超声换能器由永磁铁和绕制线圈组成,该换能器易于制作且成本较低。在此基础上,以现场可编程门阵列(FPGA)和实验室自制电路为信号处理模块,进行穿越60 mm厚铝板的信号和图像无线传输实验系统采用通断键控进行信号调制,通过自适应判决反馈均衡器进行信道回波消除,在500 kHz的载波下实现了100 kbit/s的通信速率。在此基础上,该研究还进一步开展了穿金属图像无线传输的研究,恢复后的图像相对于原始图像达到了94.02%的相似度。 展开更多
关键词 超声波通信 电磁超声换能器 判决反馈均衡器 现场可编程门阵列
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单向表面波电磁超声换能器优化设计 被引量:1
11
作者 兰菊 Emmanuel EGdoutos +2 位作者 贾晓娟 高瑞贞 张京军 《中国测试》 北大核心 2025年第3期87-95,共9页
电磁超声表面波因在板材中的水平方向上传播时具有能量衰减较慢的特性,故广泛应用于板材的表面或近表面缺陷检测。相较于双向表面波,单向表面波能量集中在换能器的一个方向,从而使增强侧的表面波更能够识别微小缺陷。为提高单向表面波... 电磁超声表面波因在板材中的水平方向上传播时具有能量衰减较慢的特性,故广泛应用于板材的表面或近表面缺陷检测。相较于双向表面波,单向表面波能量集中在换能器的一个方向,从而使增强侧的表面波更能够识别微小缺陷。为提高单向表面波换能器对微小缺陷的检测灵敏度和精度,该文提出一种基于Halbach阵列的永磁铁结构,对比优化前后的磁场、涡流、洛伦兹力及位移场分布;研究分析在增强侧表面波遇到不同裂纹缺陷的响应特征,对微小裂纹进行定位分析,并通过仿真分析得出反射系数、透射系数与微小裂纹深度、宽度、倾角之间的变化曲线,实现对微小裂纹缺陷的量化分析。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 单向表面波 仿真分析 优化设计 裂纹缺陷响应特征
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基于Halbach阵列的电磁超声横波换能器优化设计
12
作者 沈柿强 陆铭慧 +2 位作者 程树云 胡克 胡宇 《中国测试》 北大核心 2025年第7期111-119,共9页
针对常规磁体结构的电磁超声横波换能器换能效率低的问题,提出一种基于Halbach阵列的电磁超声横波换能器,采用双层Halbach阵列永磁体结构。通过有限元仿真和实验对多种磁体结构进行对比分析。结果表明:单层Halbach阵列磁体的最大垂直磁... 针对常规磁体结构的电磁超声横波换能器换能效率低的问题,提出一种基于Halbach阵列的电磁超声横波换能器,采用双层Halbach阵列永磁体结构。通过有限元仿真和实验对多种磁体结构进行对比分析。结果表明:单层Halbach阵列磁体的最大垂直磁通密度是单磁体和传统排列磁体的2.32倍和1.54倍,具有上下层不同大小的双层Halbach阵列磁体在体积减小37%的情况下还能提升10%的最大垂直磁通密度。同时采用正交试验对换能器参数进行研究,仿真结果表明:线圈直径、同层线圈间距和双层线圈间距对回波幅值的影响显著,背板厚度和背板到线圈距离的影响则不显著,并通过实验验证正交实验结果的准确性。研究结果表明,优化后的具有双层Halbach阵列磁体的换能器激励横波的幅值相比传统单磁体、传统排列磁体和单层Halbach磁体分别提高122%、55%和10%,信噪比分别提高7.7、4.6、1.2 dB,实验和仿真两者有很好的验证效果。 展开更多
关键词 电磁超声横波换能器 双层Halbach阵列 正交试验 优化设计 换能效率
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基于COMSOL连铸坯壳测厚横波EMAT优化 被引量:3
13
作者 王志春 袁伟 《声学技术》 CSCD 北大核心 2018年第3期237-242,共6页
为了研究电磁超声传感器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)横波测量连铸坯壳厚度的机理及横波在连铸坯中的传播情况,选取坯壳厚度为10~50 mm的Q235小方坯为研究对象,利用有限元软件COMSOL建立脉冲电磁铁和螺旋线圈的电磁超声... 为了研究电磁超声传感器(Electromagnetic Acoustic Transducer,EMAT)横波测量连铸坯壳厚度的机理及横波在连铸坯中的传播情况,选取坯壳厚度为10~50 mm的Q235小方坯为研究对象,利用有限元软件COMSOL建立脉冲电磁铁和螺旋线圈的电磁超声模型,分析在不同EMAT结构参数下,连铸坯中电磁场、力场、声场的分布规律。研究结果表明:脉冲电磁铁和螺旋线圈组成的EMAT能够在连铸坯壳集肤层激发出超声波横波。脉冲电磁铁空心螺线管线圈匝数、内半径、线圈导线半径对换能效率的影响依次减小,且当脉冲电磁铁内半径尺寸大于螺旋线圈尺寸时,产生横波的效率最高。坯壳厚度越小,螺旋线圈最优激励频率越大,测量精度越高,信号衰减越快。因此,坯壳厚度为10~50 mm的Q235小方坯选择1.1 MHz为最佳激励频率。 展开更多
关键词 连铸坯壳 电磁超声换能器 横波 测厚 有限元建模
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基于有限元仿真的EMAT结构优化研究 被引量:3
14
作者 李继春 赵建平 《压力容器》 2014年第8期42-47,共6页
电磁超声检测作为一种新兴的无损检测手段,在高温在线检测中优势明显,然而换能效率偏低限制了其进一步发展和应用。为提高电磁超声换能器的换能效率,通过原理分析,基于有限元仿真对换能器的磁铁和线圈进行分析。选取磁铁的长、宽、高、... 电磁超声检测作为一种新兴的无损检测手段,在高温在线检测中优势明显,然而换能效率偏低限制了其进一步发展和应用。为提高电磁超声换能器的换能效率,通过原理分析,基于有限元仿真对换能器的磁铁和线圈进行分析。选取磁铁的长、宽、高、间距,蛇形线圈和回形线圈的线粗、长度、导线间距及周期数等参数,分别以磁感应强度和涡流密度为目标进行优化。优化结果有助于在试验研究中节约时间和成本,具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 优化 磁铁 线圈
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曲面构件斜入射SV波EMAT辐射声场特性分析 被引量:4
15
作者 唐琴 石文泽 +2 位作者 卢超 石峰 陈尧 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期221-233,共13页
为了解决曲面构件的凹凸检测面的曲率半径对斜入射垂直剪切波(SV波)电磁超声换能器(EMAT)的缺陷检测分辨率/灵敏度和定位/定量偏差影响这一问题,建立了基于圆弧曲面(凹面和凸面)检测面的斜入射SV波EMAT辐射声场有限元模型,研究了曲折线... 为了解决曲面构件的凹凸检测面的曲率半径对斜入射垂直剪切波(SV波)电磁超声换能器(EMAT)的缺陷检测分辨率/灵敏度和定位/定量偏差影响这一问题,建立了基于圆弧曲面(凹面和凸面)检测面的斜入射SV波EMAT辐射声场有限元模型,研究了曲折线圈匝数、弧面曲率对斜入射SV波的主瓣峰值、主瓣宽度、主旁瓣比和入射角的影响,并对仿真结果进行实验验证。结果表明,当曲折线圈匝数相同时,凸面检测面的SV波幅值相比于平面检测面提高34.8%以上,主瓣宽度减小43.8%;当曲折线圈匝数由10匝增至30匝时,凸面检测面的SV波幅值提高42.3%,主瓣宽度减小43.6%;凸面检测面的SV波声场特性均优于平面和凹面;曲面曲率半径对斜入射SV波主瓣峰值、主瓣宽度和主旁瓣比有显著影响。 展开更多
关键词 曲面构件 圆弧检测面 电磁超声换能器 斜入射SV波 辐射声场
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基于COMSOL的线聚焦EMAT声场特性仿真分析 被引量:5
16
作者 潘奕宏 吴运新 +1 位作者 吴雨唐 蔡壮 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2021年第11期21-24,共4页
为了提高电磁超声线聚焦换能器的线聚焦性能,增强对微小缺陷的检测效果,利用COMSOL软件对线聚焦电磁超声换能器(EMAT)的激发过程进行了数值模拟,研究了线聚焦EMAT所激发超声波的声场特性,分析了激励周期、线圈匝数和聚焦距离对线聚焦性... 为了提高电磁超声线聚焦换能器的线聚焦性能,增强对微小缺陷的检测效果,利用COMSOL软件对线聚焦电磁超声换能器(EMAT)的激发过程进行了数值模拟,研究了线聚焦EMAT所激发超声波的声场特性,分析了激励周期、线圈匝数和聚焦距离对线聚焦性能的影响。研究结果表明:适当增加激励周期、减小聚焦距离既可以增大线聚焦主瓣峰值,又可以减小线聚焦声束宽度,有利于获得更好的线聚焦效果;在进行线聚焦EMAT设计时应选择适当的线圈匝数,匝数过多和过少均不利于提高换能器的线聚焦性能。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 线聚焦SV波 声场特性 仿真分析
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厚壁管道线聚焦斜入射SV波EMAT辐射声场分析 被引量:2
17
作者 张金 董子华 +2 位作者 石文泽 王学彬 王鑫 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期150-160,共11页
由于圆弧型检测面的曲率半径对斜入射SV波EMAT辐射声场的影响规律尚不清楚,导致厚壁管道线聚焦斜入射SV波EMAT的缺陷检测能力、缺陷定量/定位精度出现偏差。建立了基于平面/凸面检测面的线聚焦斜入射SV波EMAT的辐射声场有限元模型,研究... 由于圆弧型检测面的曲率半径对斜入射SV波EMAT辐射声场的影响规律尚不清楚,导致厚壁管道线聚焦斜入射SV波EMAT的缺陷检测能力、缺陷定量/定位精度出现偏差。建立了基于平面/凸面检测面的线聚焦斜入射SV波EMAT的辐射声场有限元模型,研究了凸面检测面的曲率半径、EMAT曲折线圈匝数、设计初始角等因素对辐射声场的主瓣峰值和主瓣宽度的影响规律,并与平面检测面进行了对比。结果表明,与平面检测面相比,凸面检测面起到聚焦超声波的作用,具体表现在聚焦侧主瓣峰值增加22.76%,主瓣宽度减小10.56%。在曲折线圈匝数超过28匝后,线圈匝数的增加对主瓣峰值加强作用有限;当曲率半径为1.485×10-1 m,线圈设计初始角为10°,曲折线圈匝数由10匝增加至28匝时,线聚焦SV波主瓣峰值增加102.56%,主瓣宽度减小57.99%。 展开更多
关键词 厚壁管道 电磁超声换能器 线聚焦SV波 辐射声场
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高纯度横波蝶形线圈电磁超声换能器优化设计 被引量:4
18
作者 董明 李航辉 +2 位作者 马宏伟 陈渊 曹现刚 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期3270-3279,共10页
蝶形线圈电磁超声换能器(EMAT)能够在铝块中同时激发出超声横波和纵波,接收信号中存在横波反射回波和纵波反射回波,纵波回波会影响缺陷检测的准确性。该文设计了一种变尺寸蝶形线圈EMAT,通过改变线圈不同位置导线的宽度与间距,改变不同... 蝶形线圈电磁超声换能器(EMAT)能够在铝块中同时激发出超声横波和纵波,接收信号中存在横波反射回波和纵波反射回波,纵波回波会影响缺陷检测的准确性。该文设计了一种变尺寸蝶形线圈EMAT,通过改变线圈不同位置导线的宽度与间距,改变不同位置的换能效率,以实现横波的增强和纵波的抑制。首先,考虑永磁体的空间磁场分布,分析蝶形线圈EMAT不同位置导线所受洛伦兹力与激发超声波类型的关系,结合有限元声场云图,得到EMAT接收信号中存在多个回波的原因;其次,研究线圈参数对换能效率和横波纵波幅值比的影响规律,利用有限元仿真确定变尺寸EMAT的设计参数;最后,制备常规与变尺寸蝶形线圈EMAT,采集无缺陷铝合金试块的回波,结果表明,当永磁体直径与线圈中心宽度比为1.92时,纵波幅值削弱了66.1%,横波幅值增大了36.3%,横纵波幅值比从5.8升至23.1。该文设计的变尺寸蝶形线圈EMAT实现了对纵波的削弱和横波的增强,提升了横波电磁超声内部缺陷检测的可靠性。 展开更多
关键词 横波电磁超声换能器 高纯度横波 变尺寸蝶形线圈 缺陷检测
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基于Barker码脉冲压缩技术的钢板多阵元Lamb波电磁超声换能器设计与优化
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作者 石文泽 李淇鑫 +2 位作者 卢超 胡博 刘远 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期2371-2387,共17页
为了解决传统Barker码脉冲压缩技术受脉冲功率放大器额定参数(占空比,最大脉冲宽度等)限制而导致的脉冲压缩效果下降、检测速度降低等问题,提出一种基于Barker码脉冲压缩技术的多阵元Lamb波电磁超声换能器(EMAT)。建立了基于tone-burst... 为了解决传统Barker码脉冲压缩技术受脉冲功率放大器额定参数(占空比,最大脉冲宽度等)限制而导致的脉冲压缩效果下降、检测速度降低等问题,提出一种基于Barker码脉冲压缩技术的多阵元Lamb波电磁超声换能器(EMAT)。建立了基于tone-burst信号激励-Barker码脉冲压缩技术的多阵元Lamb波EMAT检测过程的有限元模型,分析了永磁体的配置形式、阵元序列长度、激励信号周期数、曲折线圈匝数等因素对脉冲压缩后的主旁瓣比和主瓣宽度的影响,并进行了实验验证。结果表明:曲折线圈匝数为4和Barker码序列长度为13位的多阵元EMAT在配置3对外置永磁体后,其信噪比(SNR)可提高9.8 dB。综合考虑检测回波的空间分辨率和SNR,多阵元Lamb波EMAT最佳参数为:曲折线圈匝数为10、激励信号周期数为11、Barker序列为13位,并配置3对外置永磁体。 展开更多
关键词 电磁超声换能器 Barker码脉冲压缩 多阵元Lamb波emat 信噪比 空间分辨率
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基于电磁超声换能器的SH型焊缝导波激励方法 被引量:2
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作者 刘博涵 陈宗泽 +2 位作者 于建新 余旭东 邓明晰 《仪器仪表学报》 CSCD 北大核心 2024年第12期275-283,共9页
采用传统压电换能器在板类结构中激励SH型导波时常出现波束指向性不佳以及随同激励Lamb波侧向反射干扰,影响缺陷检测定位的效率和精度。本文通过基于洛伦兹力的电磁超声换能器(EMAT)的设计与激励研究,提出一种可在板类焊接接头特征结构... 采用传统压电换能器在板类结构中激励SH型导波时常出现波束指向性不佳以及随同激励Lamb波侧向反射干扰,影响缺陷检测定位的效率和精度。本文通过基于洛伦兹力的电磁超声换能器(EMAT)的设计与激励研究,提出一种可在板类焊接接头特征结构中产生高指向性超声特征导波(FGW)的激励方法。研究采用周期性永磁体及回折线圈制备电磁超声换能器,通过多物理场频域/时域有限元数值方法分析了板类水平剪切型导波的传播特性和远场波束指向性,并加以实验验证。结果表明所提出的激励方法能够在4 mm板厚铝制搅拌摩擦焊焊缝中有效激发出中心频率为440 kHz的水平剪切(SH)型特征导波,具有较高的导波模式纯度以及局域于焊缝传播的声能陷效应。相较于压电方式激励SH型焊缝导波,有效抑制了侧向Lamb波的产生,为焊缝特征导波的远距离传播及缺陷检测提供支撑。 展开更多
关键词 SH型导波 电磁超声换能器 洛伦兹力 高指向性
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