电磁超声横波换能器中线圈的优化设计

为改善电磁超声换能器在1Cr18Ni9Ti不锈钢材料中激发横波的特性,提出一种基于正交试验的优化方法,并利用有限元仿真软件 COMSOL Multiphysics建立了电磁超声横波换能器的有限元模型,应用正交试验和极差分析法,分析了线圈各参数对电磁超声横波的近场长度和半扩散角的影响,比较了线圈各参数影响程度的大小。结果表明,激励电流的频率和线圈的尺寸对横波的传播特性有着明显影响,提高频率会使得横波的近场长度增大及半扩散角减小;其次,减小导线的宽度及间距,以缩小线圈尺寸能有效改善横波的传播特性。

高纯度横波蝶形线圈电磁超声换能器优化设计

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。

电磁超声横波换能器中永磁体的建模与优化

为提高电磁超声横波换能器的换能效率,利用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics计算电磁超声横波换能器中永磁体产生的磁场强度,得到磁场的分布规律,对永磁体从长度、宽度和厚度三个方面进行了优化,以指导电磁超声横波换能器结构的设计。研究表明,永磁体产生的磁场强度明显大于蝶形线圈产生的磁场,在考虑电磁超声横波换能器时,可忽略蝶形线圈产生的磁场的影响;永磁体厚度对换能器效率有明显影响,当厚度增大,磁场强度增强,但趋势逐渐减缓;永磁体宽度和长度的设计不存在固定的比例准则,需要根据线圈的实际尺寸参数进行设计。