超声导波电磁声换能器的研究进展

超声导波具有检测范围大、检测效率高等优点,广泛应用于板、管等典型波导结构的缺陷检测.作为超声导波换能器类型之一,电磁声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)得到广泛关注和快速发展.综述了近20年来超声导波电磁声换能器的研究进展.主要包括:针对板和管结构超声导波检测的单模态EMAT结构设计;用于提高激励导波的能量和模态单一性的EMAT线圈与磁体结构参数的优化,针对非金属材料检测的新型贴片式EMAT的结构设计;阵列技术在EMAT性能优化上的应用和在缺陷定位和成像上的应用.

电磁声换能器的辐射声场研究

分析了一种圆环形螺线圈、垂直偏置磁场结构的电磁声探头在非铁磁性介质铝中的辐射声场特性。首先根据电磁感应原理对探头进行了物理和数学建模,将表面力源近似成水平和竖直分布的两种,且水平分量远大于竖直分量,推导出该种力源产生的声场的理论解析解。分别数值计算出了横波和纵波的切向和法向指向性,并和实验结果进行对比。实验结果和理论计算符合较好,为此种结构的电磁声换能器的实际工程应用提供了理论依据。

表面波电磁声换能器的设计

简要介绍了产生表面波的电磁声换能器(EMAT)的工作原理,设计,制作了收发分开的两种EMAT,并建立了实验测试系统、测量了信号和发射EMAT提离距离的关系曲线,研究了激励脉冲个数、接收线圈的匝数对换能器信号的影响等。

电磁声换能器性能测试研究

本文简单地介绍了纵波电磁声换能器（ＥＭＡＴ）产生和检测超声的机理、设计与制作考虑。对所研制开发的纵波ＥＭＡＴ的方向性、非接触脱离特性、分辨率和探伤灵敏度等性能的测试方法进行了系统研究和测试，并给出其测试结果。

热交换器和锅炉管道缺陷的电磁声换能器快速定位

对热交换器和锅炉管道进行在役检测,需高速和高检出率的无损检测技术。介绍一种快速的热交换管(φ内径=10～20mm)和锅炉管(φ外径=25～100mm)检测及缺陷定位的无损检测方法,该方法基于非接触式的电磁声换能器(EMAT),该换能器能远距离作用并产生水平剪切(SH)导波。

用电磁声换能器产生的制导波对热交换器和锅炉管道进行快速缺陷定位

对热交换器和锅炉管道进行在役检测时，需要高速和高检出率的无损检测技术，本文介绍一种快速的，用于热交换管（φ内径＝１０～２０ｍｍ）和锅炉管（φ外径＝２５～１００ｍｍ）检测及缺陷定位的无损检测方法。该方法基于非接触式的电磁声换能器（ＥＭＡＴｓ）该换能器能远距离作用并产生水平剪切（ＳＨ）制导波。

电磁声换能器的设计与应用

常规超声波检测所用的换能器是通过电能与机械能相互转化的压电换能器。介绍几种从产生不同形式波型的角度出发设计出的电磁声换能器,它是一种通过电磁耦合方式产生和接收超声波的换能器。

电磁超声界面回波瞬时图谱分析与神经网络识别

针对钢板背后多层橡胶粘接结构,选择较佳实验频率值作为电磁声换能器的激励源频率。提取了检测回波的瞬时振幅、瞬时相位和瞬时频率三种瞬时参数,将瞬时参数构成三维瞬时图谱定性识别不同粘接状态。将敏感时间窗内的平均瞬时参数组成特征向量,利用BP神经网络进行识别,对训练集与测试集的识别结果表明,该方法可以实现电磁超声界面回波的自动识别与分类,识别正确率不低于95%。

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。

电磁超声流量计的研制

基于电磁声换能器的原理 ,研制了一种新型的电磁超声流量计 。

电磁超声流量计的研制

本文介绍了电磁声换能器的原理 ,在此基础上研制了一种新型的超声流量计———电磁超声流量计 。

单向L(0,2)超声导波EMAT结构设计

超声导波在管道中传播时双向传播的特性以及端面反射回波的影响导致检测回波信号复杂难以分辨。依据电磁声换能器(EMAT)激发机理和纵向超声导波的波结构特性,设计了一种周期性永磁铁增强径向偏置磁场,从而增大洛伦兹力轴向分量、减小径向分量来控制激发单一L(0,2)导波;同时依据波叠加原理,通过控制相邻线圈线间距、激励电流方向和延迟时间等来选择纵向超声导波的激发方向。研究结果表明:当相邻激励线圈电流相反、线间距为λ/4,且延迟时间为T/4时,采用优化设计的周期性永磁铁可以实现管道中超声导波的方向控制,使得回波信号容易分辨,提高了管道的检测效率。

电磁声检测带钢应力的实验研究

摘自冶金部钢铁研究总院研究生邢志忠的硕土学位论文,导师:刘嘉禾教授级高工、张广纯高级工程师。 本文主要是对用电磁声换能器,通过测量超声波幅度变化来测量铁磁性材料内部应力的方法进行实验研究。拉应力与压应力下的V-H曲线(声波幅度—偏置磁场曲线)的形状是不同的,依此可以来判断应力的符号。发现对于马氏体时效钢,当偏置磁场选择适当时。

基于虚拟聚焦的板结构兰姆波换能器阵列检测方法研究

针对板结构大范围无损检测问题,发展一种基于软件虚拟聚焦的兰姆波换能器阵列检测方法,即基于相控阵中等相位叠加原理,在无需相位控制硬件系统条件下,通过对换能器阵列接收数据进行软件处理,实现换能器阵列声束的指向聚焦。利用仿真数据,研究阵列直径、阵元数量、声束数量等对虚拟聚焦成像周向分辨率和旁瓣噪声的影响,得出检测结果无明显旁瓣噪声所需要满足的条件为阵元间距应小于检测兰姆波的半波长。基于数值仿真处理结果,进行电磁声换能器阵列兰姆波检测试验研究。结果表明,在选择合适的阵列直径、阵元数量、声束数量的条件下,通过对换能器阵列检测信号进行虚拟聚焦处理,可以实现板结构任意方向特征体(如边界)的识别和缺陷检测。

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。同时介绍了我们的研究结果,讨论了今后发展的方向。

基于电磁超声SH导波的钢管外水泥固化状态监测方法研究

钢管水泥胶结结构被广泛应用于工业界,其中钢管与水泥的胶结质量可直接影响结构的服役安全。超声检测技术是评价钢管与水泥胶结质量最主要的手段,然而目前的多数研究均致力于检测水泥固化后出现的胶结缺陷,对可直接影响水泥最终质量的固化过程关注较少。在此基础上,提出一种基于电磁超声SH导波的钢管外水泥固化状态的监测方法,该方法利用SH导波对钢管外水泥剪切特性的敏感性,通过测量并计算不同位置处接收信号幅值的衰减来判断钢管外水泥的剪切特性,从而监测其固化状态。首先,建立钢管周向SH导波的频散方程并绘制频散曲线,选取激励频率并设计电磁声换能器;其次,在COMSOL软件中建立单一钢管和带管外水泥环钢管的有限元模型,通过对比研究了SH导波在钢管外水泥层中传播及衰减情况;最终,搭建电磁超声监测系统并配制水泥进行模拟监测试验。仿真和试验结果表明,SH导波在单一钢管中衰减较小,且传播距离长,但在带管外水泥环钢管中衰减明显,且随着水泥固化过程衰减越来越大,验证了SH导波对钢管外胶结介质剪切特性的敏感性,进而验证了在不耦合条件下利用SH导波监测钢管外水泥固化状态的可行性。

EMAT测距测厚的系统设计及实现

从测距测厚原理、EMAT的特点、系统组成、硬件及软件等方面介绍了系统的设计。系统以换能器获取回波信号,DSP进行数字信号处理,单片机进行测量值计算,PC显示和记录查询,实现了在线高速自动测量。实验运行表明,此系统具有测量精度高,抗干扰能力强,自动化程度高等优点。

冷凝器不锈钢波纹管导波检测技术的研究

为了实现对冷凝器不锈钢波纹管的主动健康监测,采用附着在结构上的压电陶瓷晶片以及套在结构表面的电磁声换能器激励接收导波模态,优化各种参数以用于缺陷的识别和评估。试验选取经Hanning窗调制的正弦脉冲信号在波纹管中激励中心频率240kHz的纵向超声导波L(0,2)模态,用于波纹管中人工缺陷的检测,并分析了L(0,2)模态对不同类型缺陷的敏感程度。试验结果表明,利用压电陶瓷晶片和电磁声传感器激励接收频率为240kHz的L(0,2)模态可以识别波纹管中的裂纹缺陷。