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。

基于EMATE和POA-ELM的声音信号故障诊断方法

常规的工程机械故障诊断方法一般需对振动信号进行分析,但采集振动信号时需要使振动传感器与工程机械相接触,在某些情况下工程机械表面不适合安装传感器,如设备的温度较高或者传感器的安装空间有限。针对这些问题,以声音信号作为故障诊断对象,提出了一种基于增强多尺度注意熵(EMATE)和鹈鹕优化算法优化极限学习机(POA-ELM)的工程机械故障诊断方法。首先,利用声音传感器采集了工程机械不同故障的声音信号,避免了振动传感器存在的接触式采集缺陷;然后,利用EMATE提取了声音信号中的故障信息,建立了表征工程机械不同故障状态的特征向量;接着,鉴于ELM的参数需要优化的问题,采用POA对ELM的关键参数进行了寻优,建立了参数自适应设置的ELM分类模型;最后,利用POA-ELM分类器对故障特征进行了辨识,实现了工程机械的故障识别,并利用往复压缩机和滚动轴承的声音信号数据集对基于EMATE-POA-ELM的故障诊断方法的有效性进行了验证。研究结果表明:将EMATE方法作为故障特征提取指标能够取得100%和99.23%的识别准确率,且特征提取的时间仅为53.88 s和172.47 s;与多尺度注意熵、复合多尺度注意熵、时移多尺度注意熵等指标相比,EMATE的平均故障识别准确率更高,并具有更好的综合性能。

激光-EMAT法非接触式无损检测金属内部缺陷研究

为了实现金属材料内部缺陷的非接触式无损检测,采用激光-电磁超声方法进行了理论分析和实验验证研究,取得了钢坯试样中深度为40mm、尺寸为3mm×30mm孔洞人工伤的检测数据,检测结果与实际孔洞位置之间的测量误差约为5%。结果表明,激光-电磁超声技术适用于金属材料内部缺陷的非接触式无损检测。

基于EMAT技术的轮对踏面探伤仪

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。

基于脉冲压缩技术的高温连铸坯壳厚度测量EMAT设计及应用

采用非接触电磁超声技术实现高温连铸坯壳厚度测量,实时调整辊压力、冷却喷水量、压下位置和压下速度等工艺参数,避免出现中心偏析和松散问题,具有重要的工程应用价值。为了进一步提高电磁超声换能器(EMAT)在晶粒粗大和表面振痕的高温铸坯中的信噪比和空间分辨率,建立了基于Chirp信号激励的跑道线圈电磁超声检测过程的有限元模型,分析了EMAT设计参数、Chirp信号频宽和脉宽等因素对脉冲压缩后的超声回波信噪比和空间分辨率的影响,并通过实验予以验证。结果表明:经过脉冲压缩后,超声回波的SNR提高19 d B以上,波包宽度减少62. 4%以上;Chirp信号脉宽和永磁体尺寸对信噪比有显著影响,Chirp信号频宽、永磁体间距和宽度、跑道线圈导线直径及其阻抗匹配参数影响空间分辨率。

用于检测厚铝板缺陷的体波EMAT优化方法

针对电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)的换能效率低,易受外界环境噪声影响导致回波信号较小、信噪比较低的问题,提出一种使用正交试验的优化方法进行改进。该方法基于电磁场涡流效应、质点弹性动力学的波动方程及有限元法,建立了一个检测厚铝板单平底孔缺陷、收发一体的体波EMAT二维有限元模型。该模型应用正交试验和极差分析法,通过对比不同结构下的缺陷回波电压信号强弱程度,分析磁铁和线圈的结构参数对其的影响,获得了优化的模型结构参数值。同时,得出在本结构下磁铁与线圈的最佳宽度比。通过实验验证了优化结果的有效性,缺陷回波电压峰-峰值的实验与仿真结果相符。

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。

应用于激光-EMAT高温探伤的换能器

激光-EMAT混合激光超声检测系统中,由于EMAT换能效率低,随着到试样表面的距离增大信号成指数衰减,妨碍了激光超声技术的实际应用。前置放大器在保证信号不失真的情况下,通过增大前置放大器的倍数,寻求合理带宽,可以提高EMAT的信号输出质量。在EMAT内部线圈提离试样表面8 mm的情况下,利用所设计的前置放大器,依旧能够接收到100 m V左右的缺陷信号。该信号的质量已经能够用于后期的信号处理与伤型的判断识别。

曲折线圈EMAT偏置磁场优化设计及其实验研究

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。

采用RLC激励的EMAT圆柱探头设计参数分析

电磁超声换能器(EMAT)的线圈探头是激发和接收检测信号的传感器,为获得满足检测需要的具有一定频率和幅值的超声信号,需要对线圈探头进行合理的结构设计,以提高检测效率。在介绍RLC脉冲激励源原理的基础上,提出了空心圆柱线圈探头,并针对探头在激励和换能过程中的双重作用,详细分析了线圈探头的各种参数对激励信号源和检测效能的影响,为采用RLC脉冲放电激励的线圈探头设计提供了理论和实际指导。依据分析结果,设计了探头线圈和实验检测系统,证明了理论分析的正确性。

回折线圈导线长度对表面波EMAT性能及缺陷检测的影响

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.

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。

基于PECT-EMAT复合检测方法的铁磁性材料的复合缺陷检测

铁磁性材料在现代能源工业设备关键结构上广泛应用。一些关键部位由于生产、使用时产生的拉应力状态及环境影响,易萌生表面应力腐蚀裂纹,同时在弯管或焊缝处经长期冲蚀也可能出现内部局部减薄缺陷,对工业设备结构的安全可靠性构成了严重的威胁。本研究提出并开发了基于脉冲涡流-电磁超声复合电磁无损检测方法来检测铁磁性试件的表面裂纹和底部减薄缺陷。并开发了基于频谱滤波的信号分离方法,成功提取出复合检测中的脉冲涡流信号和电磁超声信号。实验结果表明,其中脉冲涡流信号可以有效检测试件的表面裂纹,电磁超声信号可以很好地定量试件底部减薄缺陷的残余厚度。由此可见,本研究开发的新型方法可以同时检测试件上下表面两种类型的缺陷,具有明显的优势。

NK电磁超声探伤机EMAT原理技术介绍

文章介绍了包钢钢管公司460作业区NK电磁超声探伤设备的技术指标,超声波检测方法理论说明和探伤电子设备工作原理,着重介绍了EMAT探头的结构、参数说明及波形发射的原理。通过实际探伤应用,该设备对钢管的纵向、横向、分层测厚缺陷有较稳定的检测结果,为该公司钢管产品质量把关起到了积极的作用。

基于高温EMAT铁磁性材料的声速变化规律研究

被检材料温度的变化会影响超声体波的传播速度,进而影响高温测厚和探伤的准确性。针对这一问题,首先采用电磁声换能器(EMAT)测量从室温到850℃下两种铁磁性材料的厚度,得到横波和纵波的声速变化规律。其次研究横波声速变化与弹性模量、热膨胀和质量密度三个因素有关,得出弹性模量是横波在铁磁性材料中的传播速度随温度升高而逐渐减小的主要影响因素。然后建立在居里温度点之上横波消失、纵波出现的力学模型,并得出随着温度升高纵波速度保持不变、幅值先增加后减小的变化规律。最后得出铁磁性材料在居里温度点之后超声波消失与磁畴的无序状态有关。

跑道形线圈EMAT辐射声场关键影响因素研究

跑道形线圈是EMAT中一种重要线圈类型,由于其自身形状的特殊性,磁体配置方式与激励电流频率都对其辐射声场具有重要影响,所以首先建立跑道形线圈EMAT电-磁-声多场耦合有限元时域仿真模型,探究不同磁体配置方式下辐射声场的分布,然后建立频域仿真模型,研究激励电流频率对跑道形线圈EMAT辐射声场特性的影响,最后搭建EMAT辐射声场测量实验系统,对跑道形线圈EMAT辐射声场进行测量。研究结果表明:两种磁体配置方式的跑道形线圈EMAT具有类似辐射声场,但双磁铁配置下的跑道形线圈EMAT辐射声场能量更为集中,声场指向性更好。此外,随着激励电流频率的提高,跑道形线圈EMAT辐射声场能量降低,辐射声场扩散角减小,辐射声场能量更为集中。

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。

周向导波电磁超声探头(EMAT)设计与优化

为了利用SH0模超声周向导波检测油气管道纵向裂纹,提出了一种新的周向导波电磁超声探头(EMAT)结构设计,其结构特点是磁铁顶部放置碳钢片,相邻磁铁之间放置非磁性材料片。为了提高周向导波EMAT的换能效率,采用ANSYS仿真对其结构参数进行了优化。优化的结果为:磁铁顶部应放置厚度大于1 mm的碳钢片,线圈中导线间距要尽量小。在直径200 mm壁厚、4 mm的管材上进行实验,结果表明,优化设计后的探头能有效地激励出周向SH0导波。

激光-仅线圈式EMAT的金属检测系统优化设计

在铝合金铸造和高温轧制过程中,采用非接触式无损检测技术实现在线监测与检测,对减小生产成本、保证生产线连续、提高产品成品率具有重要意义。首先,建立了以脉冲激光束激励和仅线圈式电磁超声换能器(EMAT)接收的铝合金Laser-EMAT检测过程有限元模型,分析了水膜表面约束机制以及硅钢聚磁结构对所激励的多模式超声波幅值的影响规律,研究了仅线圈式EMAT的励磁线圈和接收线圈的外径、内径、线径、层数等对超声波接收效率的影响;其次,开展了铝合金Laser-EMAT检测实验,验证了水膜表面约束机制、仅线圈式EMAT设计参数和硅钢聚磁结构对检测回波幅值的影响规律。研究结果表明,水膜表面约束下,采用硅钢材料作为励磁线圈的聚磁背板后,超声回波信号幅值增强了37.76%,信噪比增加了17.3 dB。在激光能量一定、光斑大小不变、励磁线圈外径为12.3 mm、内径为1.6 mm、线径为0.4 mm、层数为2层时,线圈阻抗与电路内阻一致,线圈获得的能量最多,其提供的径向偏置磁场最强。当接收线圈外径为14.1 mm、内径为1.7 mm、线径为0.26 mm时,超声波接收效率最佳。

基于有限元仿真的EMAT结构优化研究

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。